4.3.2 Вимірювання в області акустики
Будемо використовувати класичний термін, що включає як вимірювання в повітряному середовищі, так і вимірювання в твердому тілі. Друге, взагалі-то, може визначатися і як вимірювання вібрації, а на професійному сленгу, це іменується «віброакустикою». «Акустика та віброакустика» скорочено позначається як АВАК.
Хоча правильне вживання терміну «віброакустика» вже означає об’єднання в одному слові двох областей техніки – акустики та вібрацій. А не одних «вібрацій», хай навіть і виникаючих як наслідок звукового тиску, тобто «чистої» акустики.
Для вимірювань в області акустики, тобто для вимірювання звукового тиску, застосовується засіб вимірювання «Шумомір». Останні роки практично всі моделі є «тільки цифровими інтегрірующимі», аналогові шумоміри 70-80 років розробки вже не проводяться, за дуже невеликими виключеннями.
Переважна більшість цих виробів представляє собою портативні цифрові інтегруючі прилади, в яких власне шумомір і вимірювальний мікрофон з його передпідсилювачем об’єднані в одній, жорсткої конструкції (рис. 4.1)
Рисунок 1 – Шумомір L&D 824
Для вимірювань в області ТЗІ, зокреа у повітропроводі вентиляції чи у міжсклянному просторі, мікрофон шумоміра має бути невеликим і на довгому кабелі. Живлення подається по тому ж коаксіальному кабелю. Рівень власних шумів у них вищий, ніж у класичних конденсаторних мікрофонів і зарядних акселерометрів.
Динамічний діапазон вимірюваного звукового тиску для оцінки захищеності приміщень визначається, з одного боку, мінімальним рівнем шумів в приміщенні, а з іншою – максимальним рівнем тест-сигналу. Враховуючи, що мінімальний рівень шуму по «Санітарні норми СН 2.4/2.1.8.562-96 "Шум на робочих місцях, в приміщеннях житлових, суспільних будівель і на території житлової забудови" складає в робочих приміщеннях не менше 50 дБ, а в лікарняній операційній не менше 25 дБ, то мінімально вимірюваний рівень можна визначити в 35-40 дБ.
Шумомір – це нормальний вольтметр, шкала якого відкалібрована в одиницях звукового тиску (абсолютних або відносних). Крім того, це вольтметр селективний, оскільки його обов’язковою приналежністю є набір октавних (а, часто, і третьоктавних) фільтрів. В деяких моделях вбудовано ще й вузко смуговий аналіз.
Всі величини звукового тиску у відносних одиницях задаються щодо «0» дБ – 2·10-5 Па (20 мкПа).
Максимально рівень тест-сигналу («білого» шуму в мовному діапазоні частот) складає не більше 110 дБ (що дещо менше від «больового порогу»). Звідси і динамічний діапазон шумоміра по звуковому тиску 35 - 120 дБ.
Вимірювання вібрацій, точніше – вібро прискорень. Правильно віброприскорення вимірювати віброметром. У ряду моделей шумомірів в назві є і це - «шумомір-вібромір». Необхідний динамічний діапазон складає від 20-30 до 120-130 дБ. Причому переважна більшість мінімальних рівнів вібро прискорення лежить вище 40 дБ. За «0» дБ в шкалі вібро прискорень прийнято 1·10-6 м/с2. Важливо обирати моделі з меншою масою, оскільки акселерометр, при установці його на легку конструкцію (наприклад, скло) не повинен помітно змінювати її властивості.
Для виконання необхідних вимірювань, окрім шумоміра, потрібне джерело тест-сигналу, штативи для мікрофонів й інших пристосувань для закріплення мікрофонів, акселерометрів та колонки в самих різних місцях і конструкціях.
Діюча методика передбачає декілька вимірювань в кожній контрольній точці, і самих точок буває достатньо багато.
Джерелом акустичного тест-сигналу є генератор шуму в мовному діапазоні, підсилювач потужності і акустичний випромінювач (колонка). Тестовий сигнал повинен бути рівномірним за спектром частот, регульованим, бажано, не тільки по загальному рівню, але і в окремих смугах частот (як правило – в октавних). Необхідно мати можливість створити звуковий тиск на відстані 1 м не менше 100-110 дБ, включатися і вимикатися, міняти АЧХ (октавні рівні).
Корисним (а, часто, необхідним) є можливість підключити мікрофон або акселерометр бездротовим каналом, (наприклад, за закритим вікном).
Система метрологічних стандартів, методик вимірювань (встановлює, що перед початком вимірювань шумомір з конкретним мікрофоном повинен бути відкалібрований калібратором (еталоном звукового тиску) для перевірки і підтримки правильних показників на пристрої відображення шумоміра.
Відносно вимірювань віброуськоренія акселерометром положення дещо інше. Затверджена методика вимірювань використовує відношення між двома вимірюваннями віброуськоренія. Через це немає необхідності вимірювати абсолютні значення в м/с2. І можливі погрішності компенсуються. Тому калібрування вимірювального тракту за допомогою еталона (калібратора) віброуськоренія не є обов'язковим.
Спеціалізовані вимірювальні системи або комплекси надають можливість автоматичного зберігання результатів вимірювань у цифровій формі, придатній для подальшого автоматизованого розрахунку відповідно до методик. При цьому виключається можливість людських помилок. Автоматизація самого процесу вимірювання дає можливості усунути деякі джерела похибок.