درک سطح فشار صدا
تعریف: تراز فشار صوت چیست؟
تراز فشار صدا (SPL) معیار لگاریتمی فشار صوتی نسبت به فشار مرجع است که بر حسب دسیبل (dB) بیان میشود. برای ماشینآلات، SPL شدت انتشار نویز - بلندی صدای ساطع شده توسط تجهیزات - را که با میکروفون یا صداسنج در فواصل مشخص اندازهگیری میشود، کمّی میکند. SPL با لرزش زیرا سطوح مرتعش صدا ساطع میکنند، و اندازهگیریهای آکوستیک را مکمل آنالیز ارتعاش برای ارزیابی وضعیت ماشینآلات، به ویژه برای تشخیص مشکلات آیرودینامیکی، دنده و یاتاقان که باعث ایجاد نویزهای مشخص تونال یا پهنباند میشوند، میکند.
اگرچه در درجه اول یک نگرانی در مورد سلامت شغلی و محیط زیست (حفاظت از شنوایی، مقررات سر و صدا) است، اندازهگیریهای SPL ارزش تشخیصی ارائه میدهند: تغییرات صدا اغلب قبل یا همراه با تخریب مکانیکی رخ میدهند، و تجزیه و تحلیل آکوستیک میتواند از طریق الگوهای فرکانسی مشخصه مشابه طیفهای ارتعاش، عیوب خاص را شناسایی کند.
بیان ریاضی
فرمول
- SPL (dB) = 20 × log₁₀(P / P₀)
- که در آن P = فشار صوت اندازهگیری شده (Pa)
- P₀ = فشار مرجع = 20 میکروپاسکال (آستانه شنوایی انسان)
- مقیاس لگاریتمی محدوده فشار عظیمی را در بر میگیرد
مقیاس دسیبل
- 0 دسیبل: آستانه شنوایی
- 30-40 دسیبل: اتاق ساکت
- ۶۰-۷۰ دسیبل: مکالمه عادی
- ۸۰-۹۰ دسیبل: ماشین آلات پر سر و صدا، استفاده از محافظ شنوایی توصیه میشود
- ۱۰۰-۱۱۰ دسیبل: ماشین آلات بسیار پر سر و صدا، حفاظت شنوایی لازم است
- ۱۲۰+ دسیبل: آستانه درد، آسیب شنوایی فوری
اندازهگیری
مترهای سطح صدا
- میکروفون دقیق
- وزندهی فرکانسی (A، C یا Z)
- وزندهی زمانی (سریع، آهسته، ضربهای)
- نمایش بر حسب دسیبل SPL
- کلاس ۱ (دقیق) یا کلاس ۲ (عمومی) طبق استاندارد IEC 61672
فاصله اندازهگیری
- میدان نزدیک: <1 متر از منبع (اندازهگیریهای نزدیکی)
- میدان دور: > ۱ متر (اندازهگیریهای میدان آزاد)
- استاندارد: اغلب ۱ متر برای ماشین آلات
- کاهش SPL: تقریباً ۶ دسیبل به ازای دو برابر شدن فاصله (میدان آزاد)
وزندهی فرکانسی
- الف- وزندهی: حساسیت گوش انسان را تقلید میکند، رایجترین
- ج- وزندهی: نسبتاً مسطح، شامل فرکانسهای پایین
- Z (خطی): بدون وزندهی، همه فرکانسها برابرند
- واحدها: dBA، dBC، dBZ (نشان دهنده وزن مورد استفاده)
ارتباط با ارتعاش
تابش صدا از ارتعاش
- سطوح مرتعش امواج صوتی ساطع میکنند
- توان صدا ∝ سرعت² × مساحت (تقریباً)
- همبستگی: ارتعاش بالاتر به طور کلی → SPL بالاتر
- اما رابطه پیچیده است (بازده تابش متفاوت است)
همبستگی تشخیصی
- مشکلات بلبرینگ: صدای خش خش یا سایش با فرکانس بالا
- مشکلات چرخ دنده: صدای ناله مشخصه در فرکانس مش
- عدم تعادلغرش فرکانس پایین در ۱ برابر
- کاویتاسیون: صدای تق تق یا ترکیدن تصادفی
تحلیل طیف آکوستیک
اجزای تُنال
- مش دنده: صدای خالص در فرکانس درگیری دندان
- عبور تیغه: فرکانس پرههای فن یا کمپرسور
- برق: صدای وزوز ۱۲۰/۱۰۰ هرتز از موتورها
- تُنهای بلبرینگ: هارمونیکهای فرکانس خطا
نویز پهنای باند
- آیرودینامیک: آشفتگی، نویز جریان
- کاویتاسیون: فروپاشی تصادفی حباب
- آسیب بلبرینگ: افزایش پهنای باند با نقص
- اصطکاک: انتشار تصادفی مداوم
کاربردها
پایش وضعیت
- اندازهگیریهای ارتعاش تکمیلی
- نشانه اولیه نقص یاتاقان (افزایش نویز قبل از لرزش)
- نظارت بر سایش دنده (تغییرات کیفیت صدا)
- ارزیابیهای کیفی سریع
کنترل کیفیت
- پذیرش تجهیزات جدید (محدودیتهای نویز)
- تأیید پس از تعمیر
- کیفیت محصول در تولید
انطباق با مقررات
- مواجهه با سر و صدای شغلی (OSHA، دستورالعملهای اتحادیه اروپا)
- محدودیتهای سر و صدای جامعه
- مشخصات تجهیزات
- الزامات مستندسازی
عیبیابی
- منابع نویز را پیدا کنید
- شناسایی عوامل مؤثر بر سر و صدای کلی تأسیسات
- اعتبارسنجی اقدامات کاهش نویز
سطح صدای معمول ماشین آلات
بر اساس نوع تجهیزات
- موتورهای الکتریکی: ۷۰-۸۵ دسیبل
- پمپهای گریز از مرکز: ۷۵-۹۰ دسیبل
- فنها/دمندهها: ۸۰-۱۰۰ دسیبل
- گیربکسها: ۷۵-۹۵ دسیبل
- کمپرسورها: ۸۵-۱۰۵ دسیبل
- موتورهای دیزلی: ۹۵-۱۱۰ دسیبل
نویز به عنوان شاخص تشخیصی
افزایش نویز
- خراب شدن بلبرینگ (صدای سایش، صدای جیرجیر)
- ساییدگی دنده (شدت ناله افزایش مییابد)
- مشکلات روانکاری (افزایش صدای اصطکاک)
- شل شدن (صدای تق تق)
تغییر شخصیت نویز
- آهنگهای جدید ظاهر میشوند
- جابجایی فرکانس
- صداهای متناوب
- همه نشان دهنده مشکلات در حال توسعه هستند
استانداردهای اندازهگیری
- کمیسیون مستقل انتخابات ۶۱۶۷۲: مشخصات صداسنجها
- ایزو ۳۷۴۴: تعیین قدرت صدا
- ایزو ۱۶۸۰: آییننامه تست صدای ماشینآلات
- ANSI S12.19: اندازهگیریهای نویز ماشینآلات
سطح فشار صدا، اگرچه در درجه اول یک معیار سلامت و محیط زیست است، اما اطلاعات تشخیصی ارزشمندی را در رابطه با وضعیت مکانیکی ارائه میدهد. اندازهگیریهای صوتی، آنالیز ارتعاش را تکمیل میکنند و گاهی اوقات نشانههای اولیهای از تخریب یاتاقان یا چرخدنده را ارائه میدهند و برای ارزیابی جامع ماشینآلات که ارتعاش مکانیکی را با تابش صوتی برای ارزیابی کامل سلامت تجهیزات ترکیب میکند، ضروری هستند.