음압 레벨 이해
음압 레벨 (SPL)은 기준치에 대한 음압의 로그 값으로, 데시벨(dB) 단위로 표시됩니다. 기계의 경우, 이는 마이크로폰이나 소음계로 지정된 거리에서 측정된 소음 방출 강도, 즉 기계에서 방출되는 소리의 크기를 수치화한 것입니다. SPL은 다음 사항과 밀접한 관련이 있습니다. 진동, 진동하는 표면은 소리를 방출하기 때문에, 음향 측정은 진동 분석 기계의 상태를 평가하기 위해 — 특히 특징적인 음향 신호나 광대역 신호를 발생시키는 공기역학적 결함, 기어 결함 및 베어링 결함을 파악하는 데 유용합니다.
SPL은 주로 직업 보건 및 환경 관련 지표(청력 보호, 소음 규제, 지역사회 소음 기준 등)로 사용되지만, 실질적인 진단적 가치를 지니고 있습니다. 소음의 변화는 종종 기계적 성능 저하보다 먼저 나타나거나 이와 동반되며, 음향 스펙트럼을 통해 진동에서 관찰되는 것과 유사한 주파수 패턴을 분석함으로써 특정 결함을 식별할 수 있습니다. 스펙트럼.
1. 수학적 배경: 왜 데시벨인가?
SPL은 다음과 같이 정의됩니다:
SPL(dB) = 20 × log₁₀(P/P₀)여기서 P는 파스칼(Pa) 단위로 측정된 음압이며, P₀ = 20 µPa는 인간의 청각 역치에 해당하는 기준 압력이다.
로그 척도가 존재하는 데는 실용적인 이유가 있습니다. 인간의 귀는 매우 광범위한 압력 범위를 감지할 수 있는데, 가장 희미한 가청음부터 통증 역치까지의 압력 차이는 약 백만 배에 달합니다. 로그 척도는 이 범위를 다루기 쉬운 0~120dB 이상으로 압축해 줍니다. 또한 이 척도는 초보자들을 당황하게 만드는 산술적 원리를 설명해 줍니다. 이 척도가 로그 방식이기 때문에, 소리의 크기가 두 배가 되면 힘 단 3dB만 더해질 뿐이며, 소리가 똑같이 큰 두 대의 기계를 합치면 한 대보다 3dB 더 크지, 두 배 더 큰 것은 아닙니다. 따라서 음원을 합치는 것은 대수적 합이 되므로, 우리의 소음 수준 추가 계산기 또는 다음을 사용하여 압력과 데시벨을 서로 변환할 수 있습니다. 소음 레벨 변환기.
대략적인 참고 기준으로, 0dB는 청각의 역치이며, 30~40dB는 조용한 실내, 60~70dB는 일반적인 대화, 80~90dB는 청력 보호 장비를 착용할 것을 권장하는 시끄러운 기계 소음, 100~110dB는 청력 보호 장비가 필수인 매우 시끄러운 기계 소음, 120dB 이상은 통증 역치를 넘어 즉시 청력 손상을 일으킬 위험이 있는 수준입니다.
2. SPL 측정 방법
소음계
- 주파수 가중치와 시간 가중치를 적용하여 측정값을 dB SPL 단위로 표시하는 계기에 신호를 전송하는 정밀 마이크.
- 계측기는 다음 기준에 따라 1등급(정밀) 또는 2등급(범용)으로 분류됩니다. IEC 61672.
측정 거리
- Near field: 소스에서 1m 이내의 거리에서 측정할 수 있어, 잡음이 발생하는 부품을 정확히 찾아내는 데 유용합니다.
- Far field: 1m 이상 거리에서는 자유 공간 조건이 성립하며, 1m는 기계 분야에서 일반적으로 적용되는 기준입니다.
- 개방된 공간에서는 음압(SPL)이 약 거리가 두 배로 늘어날 때마다 6dB씩 감소 — 의 기초 소음 거리 감쇠 계산기.
주파수 가중치
- A-가중치 (dBA): 귀의 민감도를 모방하도록 응답 특성을 조정하며, 소음 평가에 가장 널리 사용되는 방식이다.
- C-가중치 (dBC): 비교적 평탄하여 피크 노이즈와 임펄스 노이즈의 저주파 성분을 유지합니다.
- Z / 선형 (dBZ): 가중치 없음; 모든 주파수가 동등하게 반영되며, 공학 분석에 주로 사용됩니다.
3. 진동과의 관계
진동하는 표면에서 발생하는 음파 방출
- 진동하는 표면이 주변 공기를 밀어내며 음파를 방출한다.
- 방사 음향 출력은 대략 다음과 같이 증가한다 속도² × 면적, 따라서 표면적이 더 넓어 속도 일반적으로 더 높은 음압 레벨(SPL)을 의미합니다.
- 하지만 이 관계는 정확하지 않습니다. 방사 효율은 주파수와 패널의 형상에 따라 크게 달라지기 때문에, 똑같이 진동하는 두 표면이라도 방사되는 방식은 매우 다를 수 있습니다.
진단적 상관관계
- 베어링 문제: 고주파의 쉭쉭거리는 소리나 삐걱거리는 소리.
- Gear problems: 메시 주파수에서 나는 특유의 삐걱거리는 소리.
- 불균형: 1배속에서 들리는 저주파의 쿵쿵거리는 소리 운전 속도.
- 캐비테이션: 증기 기포가 터지면서 나는 펑펑거리는 소리나 딱딱거리는 소리.
4. 음향 스펙트럼 분석
진동의 경우와 마찬가지로, 음향 신호를 주파수 스펙트럼으로 변환하면 복잡한 소음을 진단 가능한 요소들로 분리할 수 있습니다.
음색 요소
- 기어 맞물림: 치아 교합 주파수에서 발생하는 순수 음파로, 종종 측파대.
- Blade passing: 팬 또는 압축기 블레이드 통과 주파수에서 발생하는 소음.
- 전기 같은: 전원 주파수의 두 배인 120/100Hz의 모터에서 나는 윙윙거리는 소리.
- Bearing tones: 의 가족 베어링 고장 빈도 harmonics.
Broadband noise
- 공기역학: 난류 및 유동 소음.
- 캐비테이션: 넓은 대역에 걸쳐 무작위로 발생하는 기포 붕괴.
- 베어링 손상: 표면이 훼손됨에 따라 광대역 신호가 증가한다.
- 마찰: 지속적인 무작위 방출.
5. 애플리케이션
SPL 측정은 다음 네 가지 실무 분야에서 그 가치를 인정받고 있습니다:
- 상태 모니터링: 진동 데이터를 보완하여 베어링 결함의 초기 징후를 포착하는 데 도움을 주며(케이싱 진동이 발생하기 전에 소음이 먼저 커지는 경우가 많음), 소음의 변화 양상을 통해 기어 마모 상태를 추적합니다.
- 품질 관리: 신규 장비의 소음 한계치 준수 여부에 대한 인수 테스트, 수리 후 검증, 그리고 제조 공정에서의 제품 품질 검사.
- 규정 준수: 직업적 노출 기준치(OSHA, EU 지침), 지역사회 소음 기준치 및 장비 사양, 그리고 다음과 같은 노출량 산정 도구를 통해 지원되는 소음 노출 계산기.
- 문제 해결: 소음원의 위치 파악, 시설 전체 소음의 주요 원인별 순위 파악, 그리고 소음 저감 조치의 효과 검증.
대략적인 참고 기준으로, 1m 거리에서 측정된 일반적인 A-가중 소음 수준은 전동기의 경우 약 70~85 dBA, 원심 펌프의 경우 75~90 dBA, 팬 및 송풍기의 경우 80~100 dBA, 기어박스의 경우 75~95 dBA, 압축기는 85~105 dBA, 디젤 엔진은 95~110 dBA입니다.
6. 진단 지표로서의 소음
시간이 지남에 따라 기계의 소리를 들을 때 두 가지 변화가 중요합니다. A rising level 베어링 손상(삐걱거리는 소리나 삐걱거리는 소리), 기어 마모(점점 심해지는 윙윙거리는 소리), 윤활 문제(점점 커지는 마찰음) 등을 나타낼 수 있습니다. 설사 (덜거덕 소음). A 성격의 변화 — 새로운 음색이 나타나거나 주파수가 변하거나, 간헐적이거나 변조되는 소음 — 이 역시 매우 중요한 신호로, 전체 dBA 수치가 거의 변하지 않았더라도 문제가 진행 중임을 알리는 것입니다.
음향 측정법에도 한계가 있습니다. SPL 측정기는 everything 해당 지역에서는 시끄러운 인근 기계, 벽에 반사되는 소음, 그리고 배경의 공장 소음 등이 모두 측정값을 왜곡시키는데, 이는 접촉식 센서를 사용하면 피할 수 있는 문제입니다. 그렇기 때문에 기계적 결함을 확인하고, 특히 이를 수리하기 위해 엔지니어들은 직접 진동 측정을 선택합니다. 소음 조사 결과 불균형이 의심될 경우, 다음과 같은 휴대용 2채널 분석기를 사용하여 발란셋-1A 베어링에서 1× 진동의 진폭과 위상을 측정하여 이를 확인한 다음, 로터를 제자리에서 균형 조정함으로써 — 마이크로는 단지 암시만 할 수 있었던 진정한 기계적 원인을 규명할 수 있습니다.
7. 측정 기준
- IEC 61672: 소음계 사양.
- ISO 3744: 음압으로부터 음향 출력을 구하는 방법.
- ISO 1680: 회전 전기 기계를 위한 소음 시험 규정.
- ANSI S12.19: 기계 소음 측정.
진동 측정과 함께 사용될 때, SPL은 기계의 상태를 종합적으로 파악하는 데 도움을 줍니다. 마이크가 때로는 가장 먼저 경고 신호를 보내기도 하고, 가속도계 서로 보완하고 구체화하며, 이 둘이 결합될 때 어느 한쪽만으로는 얻을 수 없는 보다 포괄적인 평가를 가능하게 한다.
