Понимание уровня звукового давления
Уровень звукового давления (SPL) - это логарифмическая мера акустического давления по отношению к эталону, выраженная в децибелах (дБ). Для машин это количественная оценка интенсивности шума - громкости, излучаемой машиной, - измеренной с помощью микрофона или измерителя уровня звука на заданном расстоянии. SPL тесно связан с вибрация, потому что вибрирующие поверхности излучают звук, что делает акустические измерения естественным дополнением к анализ вибраций для оценки состояния машины - особенно для выявления неисправностей аэродинамики, зубчатых передач и подшипников, которые создают характерные тональные или широкополосные сигналы.
Несмотря на то, что SPL в первую очередь является показателем гигиены труда и окружающей среды - защита слуха, шумовые нормы, общественные ограничения, - он имеет реальную диагностическую ценность. Шумовые изменения часто предшествуют или сопровождают механическую деградацию, а акустический спектр позволяет выявить конкретные неисправности по частотным характеристикам, которые повторяют те, что наблюдаются при вибрации. спектр.
1. Математика: Почему децибелы?
SPL определяется как:
SPL (дБ) = 20 × log₁₀(P / P₀), где P - измеренное звуковое давление в паскалях, а P₀ = 20 мкПа - эталонное давление, соответствующее порогу слышимости человека.
Логарифм существует по практической причине: ухо справляется с огромным диапазоном давлений - от самого слабого звука до болевого порога давление в миллион раз больше. Логарифмическая шкала сжимает этот диапазон до приемлемых 0-120+ дБ. Это также объясняет арифметику, которая удивляет новичков: поскольку шкала логарифмическая, удвоение звука мощность добавляет всего 3 дБ, и две одинаково громкие машины вместе на 3 дБ громче, чем одна, а не в два раза громче. Таким образом, объединение источников - это логарифмическая сумма, с которой легко справиться с помощью нашего Калькулятор суммарного уровня шума или перевести давление в децибелы с помощью Конвертер уровня звука.
Примерная шкала: 0 дБ - порог слышимости; 30-40 дБ - тихая комната; 60-70 дБ - обычный разговор; 80-90 дБ - шумное оборудование, где рекомендуется защита слуха; 100-110 дБ - очень громкое оборудование, где она необходима; и 120 дБ и выше - болевой порог, с риском немедленного повреждения слуха.
2. Как измеряется SPL
Измерители уровня звука
- Прецизионный микрофон, питающий измерительный прибор, который применяет взвешивание по частоте и времени и отображает результат в дБ SPL.
- Приборы относятся к классу 1 (прецизионные) или классу 2 (общего назначения) в соответствии с IEC 61672.
Расстояние измерения
- Ближнее поле: менее 1 м от источника, что полезно для точного определения шумного компонента.
- Дальнее поле: за пределами 1 м, где действуют условия свободного поля; 1 м является общепринятым стандартом для машин.
- В свободном поле SPL падает примерно на 6 дБ на каждое удвоение расстояния - основа Калькулятор затухания шума с расстоянием.
Взвешивание частоты
- Взвешивание по шкале A (дБА): формирует отклик, имитирующий чувствительность уха; наиболее часто используется для оценки уровня шума.
- С-взвешивание (dBC): относительно плоский, сохраняя низкочастотное содержание для пиковых и импульсных шумов.
- Z / линейный (дБЗ): без взвешивания; каждая частота считается одинаково, предпочтительно для инженерного анализа.
3. Взаимосвязь с вибрацией
Звуковое излучение от вибрирующей поверхности
- Вибрирующая поверхность давит на окружающий воздух и излучает звуковые волны.
- Мощность излучаемого звука возрастает примерно с скорость² × площадь, поэтому более высокая поверхность скорость обычно означает более высокий уровень SPL.
- Однако эта связь не является точной - эффективность излучения сильно зависит от частоты и геометрии панели, поэтому две поверхности, вибрирующие одинаково, могут излучать совершенно по-разному.
Диагностическая корреляция
- Проблемы с подшипниками: высокочастотное шипение или скрежет.
- Проблемы с передачами: характерный вой на частоте сетки.
- Несбалансированность: низкочастотный гул при 1× рабочая скорость.
- Кавитация: случайное потрескивание или хлопанье при схлопывании пузырьков пара.
4. Анализ акустического спектра
Как и в случае с вибрацией, преобразование звукового сигнала в частотный спектр разделяет сложный шум на диагностируемые части.
Тональные компоненты
- Зубчатая сетка: чистый тон на частоте срабатывания зуба, часто с боковые полосы.
- Прохождение лезвия: тон на частоте пропускания лопастей вентилятора или компрессора.
- Электрический: гул 120/100 Гц от двигателей при удвоенной частоте сети.
- Тоны подшипников: семья частота выхода подшипников из строя гармоники.
Широкополосный шум
- Аэродинамика: турбулентность и шум потока.
- Кавитация: случайное схлопывание пузырьков в широком диапазоне.
- Повреждение подшипника: широкополосный рост по мере деградации поверхностей.
- Трение: непрерывное случайное излучение.
5. Приложения
Измерение SPL занимает достойное место в четырех практических областях:
- Мониторинг состояния: дополняет данные о вибрации, часто давая самый ранний намек на дефект подшипника - шум может увеличиться раньше, чем вибрация корпуса, - и отслеживает износ шестерен по изменению качества шума.
- Контроль качества: приемочные испытания нового оборудования на соответствие предельным уровням шума, проверка после ремонта и проверка качества продукции на производстве.
- Соответствие нормативным требованиям: пределы профессионального воздействия (OSHA, директивы ЕС), пределы шума в населенных пунктах и спецификации оборудования, поддерживаемые инструментами для определения дозы воздействия, такими как Калькулятор уровня шумового воздействия.
- Устранение неисправностей: определение местоположения источников шума, ранжирование факторов, влияющих на общий уровень шума на объекте, и проверка эффективности мер по снижению уровня шума.
Как правило, типичные уровни взвешенных А на высоте 1 м составляют 70-85 дБА для электродвигателей, 75-90 дБА для центробежных насосов, 80-100 дБА для вентиляторов и воздуходувок, 75-95 дБА для коробок передач, 85-105 дБА для компрессоров и 95-110 дБА для дизельных двигателей.
6. Шум как диагностический показатель
При прослушивании машины со временем важны два вида изменений. A растущий уровень указывает на износ подшипников (скрежет или визг), износ шестерен (усиливающийся вой), проблемы со смазкой (усиливающийся шум при трении) или рыхлость (грохот). A изменение характера - Появление новых тонов, смещение частот, прерывистые или модулирующие шумы - не менее значимый признак, сигнализирующий о развивающейся проблеме, даже если общее значение дБА почти не изменилось.
Акустические методы имеют свои ограничения: SPL-метр слышит все в зоне измерения, поэтому шумные соседние машины, отражения от стен и фоновый шум завода - все это вносит загрязнения в показания, которых не допускает контактный датчик. Именно поэтому для подтверждения механической неисправности и особенно для ее устранения инженеры обращаются к прямому измерению вибрации. Когда исследование шума указывает на дисбаланс, портативный двухканальный анализатор, такой как Балансет-1А может подтвердить это, измерив амплитуду и фазу 1× на подшипнике, а затем сбалансировать ротор на месте - изолировать истинный механический источник, на который микрофон мог только намекнуть.
7. Стандарты измерений
- IEC 61672: спецификация на измерители уровня звука.
- ISO 3744: определение звуковой мощности по звуковому давлению.
- ISO 1680: код испытаний на шум для вращающихся электрических машин.
- ANSI S12.19: измерение шума машин.
Используемый вместе с вибрацией, SPL формирует полную картину состояния машины: микрофон иногда предупреждает первым, а акселерометр подтверждает и локализует, и вместе они дают более полную оценку, чем каждый из них мог бы дать по отдельности.
