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
- Зацепление зубьев: 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 намёк на дефект подшипника — шум может увеличиться раньше, чем вибрация корпуса, — и отслеживает износ шестерён 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. растущий уровень указывает на износ подшипников (скрежет или визг), износ шестерен (усиливающийся вой), проблемы со смазкой (усиливающийся шум при трении) или Ослабление (грохот). 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 шумная соседняя машина, отражения от стен и фоновый шум завода — всё это вносит помехи в показания, которых не допускает контактный датчик. Именно поэтому для подтверждения механической неисправности и особенно для её устранения инженеры обращаются к прямому измерению вибрации. Когда исследование шума указывает на дисбаланс, портативный двухканальный анализатор, такой как Balanset-1A может подтвердить это, измерив амплитуду и фазу 1× на подшипнике, а затем сбалансировать ротор на месте — выделяя 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.
