Ćwiczenie 5. Wyznaczanie skorygowanego oziomu A mocy akustycznej na odstawie omiaru skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku oraz omiarów wąskoasmowych Cel ćwiczenia Zaoznanie z metodą omiaru natężenia dźwięku oraz omiarami wąskoasmowymi, ocena orawności uzyskiwanych wyników, rzetwarzanie danych omiarowych, interretacja wyników omiarów Przebieg ćwiczenia 5.1. Omówienie warunków środowiskowych w rzyadku omiaru natężenia dźwięku i omiarów wąskoasmowych. 5.2. Omówienie rzyrządów omiarowych: analizator dwukanałowy, system komuterowy, sonda natężenia dźwięku. 5.3. Omówienie kalibracji toru omiarowego. 5.4. Omówienie metody wyznaczania oziomów dźwięku na odstawie normy PN-EN 676-1 Transformatory, Część 1: Wyznaczanie oziomów dźwięku, rzy wykorzystaniu omiarów natężenia dźwięku i omiarów wąskoasmowych 5.5. Obliczenia skorygowanego oziomu A mocy akustycznej na odstawie omiaru skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku. 5.6. Obliczenia arametrów akustycznych na odstawie wąskoasmowych omiarów skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego. 5.7. Ocena wyników obliczeń. Zadanie 5.1 Prezentacja komory bezechowej Instytutu Mechatroniki i Systemów Informatycznych mieszczącej się w budynku Wydziału Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki Politechniki Łódzkiej. Omówienie odstawowych arametrów tego tyu obiektów i wływu środowiska na wyniki omiarów akustycznych. 5.1.1 Podstawowe informacje W celu uzyskania dokładnych i owtarzalnych wyników omiarów akustycznych niezbędne jest zaewnienie, miedzy innymi, odowiedniego środowiska, w którym rzerowadza się róbę. Pomiar mocy akustycznej wyromieniowywanej rzez badany obiekt wymaga odizolowania badanego obiektu od innych źródeł hałasu, które mogłyby zakłócać w sosób bezośredni 5/1
wynik omiaru. Drugim elementem, który może mieć wływ na uzyskiwane wyniki są odbicia fali dźwiękowej od łaszczyzn i obiektów otaczających mierzone źródło. Fale bezośrednio wyromieniowane i odbite mogą tworzyć lokalne wzmocnienia lub osłabienia mierzonego oziomu ciśnienia akustycznego. Aby uniknąć takiego zjawiska, trzeba do omiarów wykorzystywać środowisko bezechowe to znaczy takie, w którym wyromieniowana fala akustyczna rozchodzi się we wszystkich kierunkach bez rzeszkód i nie wystęują odbicia, czyli echo. Pole akustyczne w takim środowisku nazywane jest olem swobodnym. Warunki takie sełnia otwarta rzestrzeń lub omieszczenia bezechowe. W rzyadku omieszczeń zamkniętych ich rzydatność do wykonywania omiarów akustycznych zależy od ich kubatury, owierzchni całkowitej, wyosażenia oraz od wsółczynników ochłaniania dźwięku ścian, sufitu i odłogi. 5.1.2 Metoda omiaru natężenia dźwięku Pewne złagodzenie wymagań dla omieszczeń robierczych jest możliwe dzięki ostęowi technik omiarowych i możliwości bezośredniego omiaru natężenia dźwięku. Miernik natężenia dźwięku reaguje tylko na rozchodzącą się część ola akustycznego, ignorując jakąkolwiek nierozchodzącą się część, na rzykład, fale stojące i odbicia. Pomiar natężenia dźwięku może też wyeliminować wływ zewnętrznych, zakłócających źródeł hałasu o stałym oziomie i charakterystyce. Natężenie dźwięku jest wielkością wektorową, a więc rzy omiarach wykonywanych dookoła badanego obiektu suma zmierzonych wartości natężeń dla źródła znajdującego się na zewnątrz zamkniętej owierzchni omiarowej owinna wynosić zero (warunek: stałość źródła). Nie oznacza to, że możemy całkowicie zrezygnować z zaewnienia w rzybliżeniu warunków ola swobodnego. W normie PN-EN 676-1 Transformatory, Część 1: Wyznaczanie oziomów dźwięku, odano ewne ograniczenia w zależności od ilości ścian odbijających dźwięk otaczających badany transformator. Metoda omiaru natężenia dźwięku ozwala na robienie dokładnych omiarów rzy jednej odbijającej ścianie lub dwu odbijających ścianach, w odległości rzynajmniej 1,2 m od linii ozycji omiarowych. Jeśli są trzy ściany odbijające, odległość każdej z nich od linii ozycji omiarowych badanego obiektu owinna wynosić rzynajmniej 1,8 m. Pomiary wewnątrz cel lub obudów transformatorów nie są douszczalne. 5.1.3 Metoda omiarów wąskoasmowych W okolicznościach, w których oziomy hałasu tła rowadzi do wyników niewiążących w świetle kryteriów odanych w normie, omiary wąskoasmowe mogą okazać się sosobem eliminacji nieożądanych sygnałów. Metoda ta nie może wyeliminować skutków odbić oisanych orawką środowiskową. Dźwięk transformatora charakteryzują czyste tony o odwójnej częstotliwości sieciowej i arzystych harmonicznych częstotliwości sieciowej. Dlatego nieskorelowany hałas można osłabić stosując omiary wąskoasmowe tylko rzy odowiednich częstotliwościach. Pomiary wąskoasmowe mogą dawać rawidłowe wyniki tylko w rzyadku rób z wyłączonymi wszystkimi urządzeniami chłodzącymi i omami oleju. Pomiary wąskoasmowe nadają się do omiarów ciśnienia akustycznego jak i natężenia dźwięku i można je stosować do obliczania oziomów mocy akustycznej. Zadanie 5.2 Prezentacja dwukanałowego analizatora B&K tyu 234 oraz komuterowego systemu omiarowego PUSE. Omówienie budowy sondy natężenia dźwięku oraz zasady omiaru 5/2
5.2.1 Podstawowe informacje o dwukanałowych analizatorach cyfrowych Wsółczesne analizatory i systemy omiarowe stosowane w omiarach dźwięku najczęściej wykorzystują cyfrowe rzetwarzanie sygnałów akustycznych oarte na szybkim rzekształceniu Fouriera (FFT Fast Fourier Transform). Jeżeli system osiada co najmniej dwa kanały, w których róbkowanie odbywa się dokładnie w tych samych chwilach czasowych eliminując jakiekolwiek rzesunięcia fazowe, umożliwia on znacznie rozszerzone badanie nie tylko samych sygnałów, ale także zależności omiędzy sygnałami i rzyczyn ich owstawania. Na rys. 5.2.1 rzedstawiono schemat blokowy dwukanałowego systemu/analizatora FFT. Rys.5.2.1. Schemat blokowy dwukanałowego, wąskoasmowego analizatora FFT. Poza funkcjami charakterystycznymi dla dwóch równoległych jednokanałowych analizatorów FFT takich jak: widmo jednokrotne (zesolone), widmo uśrednione (auto-sektrum), w analizatorze dwukanałowym obliczana jest inna funkcja odstawowa - sektrum skrośne (ang. Cross Sectrum). Na dalszym etaie obróbki danych, na odstawie funkcji odstawowych, można uzyskać funkcję odowiedzi częstotliwościowej, korelację skrośną, koherencję, stosunek sygnału do szumu oraz natężenia dźwięku (rzy omiarze secjalną sondą z dwoma mikrofonami). Dyskretne rzekształcenie Fouriera zamienia ciąg dyskretnych wartości chwilowych (róbek) sygnału w dziedzinie czasu na dyskretne wartości zesolone w dziedzinie częstotliwości: N 1 n= f k k-ta, dyskretna wartość częstotliwości N całkowita liczba róbek t n-ta, dyskretna chwila róbkowania n 2π kn j N 1 G ( fk ) = g( t n ) e (5.2.1) N 5/3
Uwaga: rzekształcenie FFT jest szczególnym rzyadkiem dyskretnego rzekształcenia Fouriera (DFT) charakteryzujące się liczbą róbek będącą otęgą liczby dwa uraszcza to i rzysiesza algorytmy obliczeń cyfrowych. Takie ojedyncze widmo częstotliwościowe sygnału może być wykorzystane rzy omiarach wąskoasmowych. Wykorzystując jednokrotne widma zesolone z obu kanałów można obliczyć sektrum skrośne (od A do B) jako: S AB () f A ( f ) B( f ) = (5.2.2) A () f jednokrotne zesolone widmo srzężone sygnału z kanału A B f jednokrotne zesolone widmo sygnału z kanału B () Uwaga: W rzeczywistości stosowane są uśrednione, jednostronne ostacie widm - ( f ) (atrz rys. 5.2.1). Amlituda sektrum skrośnego jest iloczynem obu amlitud a faza różnicą faz liczoną od A do B, odowiednio dla każdej częstotliwości. Sektrum skrośne ełni odstawową rolę rzy wyznaczaniu natężenia dźwięku. 5.2.2 Pomiary natężenia dźwięku Dwukanałowy omiar ciśnienia akustycznego rzy użyciu dwóch mikrofonów umieszczonych blisko siebie może być wykorzystany do obliczenia natężenia dźwięku. Wyznaczana jest składowa Ir wektora natężenia dźwięku r I w kierunku wytyczonym rzez linię łączącą akustyczne środki obu mikrofonów. Na rys. 5.2.2 rzedstawiono sondę natężenia dźwięku z mikrofonami umieszczonymi narzeciw siebie. G AB Rys.5.2.2. Dwumikrofonowa sonda natężenia dźwięku. Składową I r wektora natężenia dźwięku można obliczyć ze wzoru I = [Wm -2 ] (5.2.3) r u r [Pa] średnie ciśnienie akustyczne u r [ms -1 ] rędkość cząsteczek ośrodka 5/4
Bezośredni omiar rędkości cząsteczek jest niemożliwy, natomiast można ją wyznaczyć z zależności: ρ [kgm -3 ] gęstość ośrodka r [m] odległość 1 u = dt [ms -1 ] (5.2.4) ρ r Na rys. 5.2.2 okazano założenie jakie legło u odstawy rzybliżenia różniczki różnicą skończoną, stąd: 1 B A u = dt [ms -1 ] (5.2.5) ρ Δ r A i B [Pa] ciśnienie akustyczne mierzone odowiednio rzez mikrofon A i B Δ r [m] odległość omiędzy środkami akustycznymi mikrofonów Rys.5.2.2. lustracja założenia rowadzącego do rzybliżenia różnicą skończoną zależności na natężenie dźwięku. Średnie ciśnienie akustyczne: A B = + [Pa] (5.2.6) 2 Podstawiając (5.2.5) i (5.2.6) do (5.2.3) otrzymujemy: 1 Ir = ( A + B) ( A B) dt [Wm -2 ] (5.2.7) 2ρ Δ r 5/5
W rzeczywistości w dwukanałowym analizatorze FFT do obliczenia natężenia dźwięku używa się części urojonej jednostronnego widma skrośnego obu sygnałów ciśnienia akustycznego, zgodnie ze wzorem: ω [rads -1 ] ulsacja I r 1 = Im{ G AB() f } [Wm -2 ] (5.2.8) ω ρ Δ r Zadanie 5.3 5.3.1 Podstawowe informacje Aby mieć ewność, że wykonywane omiary są dokładne i owtarzalne, należy każdorazowo srawdzać rzyrządy omiarowe. Dokonuje się tego orzez omiar wzorcowego, cechowanego źródła dźwięku i orównanie wskazań miernika z wartością wzorca. W rzyadku omiarów natężenia dźwięku osobno srawdza się czułość każdego z mikrofonów, odobnie jak to się robi rzy omiarach ciśnienia akustycznego atrz Ćwiczenie 4. Niezwykle istotne jest również rzesunięcie fazowe omiędzy mikrofonami stąd stosuje się secjalne kalibratory, do których odłącza się jednocześnie oba mikrofony, kalibrując cały tor omiarowy oba kanały. Oczywiście w sondach natężenia dźwięku stosowane są secjalnie dobierane ary mikrofonów, których charakterystyki amlitudowe, częstotliwościowe i fazowe są rawie identyczne. Zakres częstotliwości mierzony rzez sondę natężenia dźwięku zależy od odległości mikrofonów. Wymiar zastosowanej rzekładki dystansowej jest odstawowym arametrem wrowadzanym do systemy omiarowego. Zadanie 5.4 Szczegółowy rzebieg rocedur wyznaczania oziomu ciśnienia akustycznego oraz mocy akustycznej na odstawie wyników omiaru skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku oraz omiarów wąskoasmowych zostanie zarezentowany na rzykładzie normy PN-EN 676-1 Transformatory, Część 1: Wyznaczanie oziomów dźwięku. 5.4.1..PODSTAWY TEORETYCZNE 5.4.1.1 Źródła dźwięku Słyszalny dźwięk wyromieniowywany rzez transformatory jest wywoływany łącznym działaniem odkształceń magnetostrykcyjnych rdzenia i sil elektromagnetycznych w uzwojeniach, ścianach kadzi i ekranach magnetycznych. Drgania rdzenia i układu uzwojeń mogą owodować wtórne drgania ścianek kadzi, ekranów magnetycznych i innych elementów konstrukcyjnych. Dźwięk transformatora charakteryzują czyste tony o odwójnej częstotliwości sieciowej i arzystych harmonicznych częstotliwości sieciowej. Najniższa wytwarzana częstotliwość, to 1 Hz. Wyższe harmoniczne są zwykle skutecznie tłumione rzez olej i obudowę, jednak ze względu na najwyższą czułość ludzkiego ucha dla dźwięków z zakresu częstotliwości od 1 khz do 3 khz, omiary należy rzerowadzać w dość szerokim zakresie częstotliwości. Wszystkie rzynależne, racujące urządzenia chłodzące - wentylatory, omy - będą wytwarzać nieskorelowany, hałas szerokoasmowy. 5/6
5.4.1.2 Pomiar dźwięku Pomiar oziomu dźwięku wrowadzono w celu kwantyfikowania zmian ciśnienia w owietrzu, owodowanych rzez falę akustyczną, wykrywanych rzez ludzkie ucho. Natężenie dźwięku jest zdefiniowane jako wielkość rzeływu energii w jednostce czasu rzez jednostkę owierzchni i wyrażane w watach na metr kwadratowy. Jest to wielkość wektorowa, odczas gdy ciśnienie dźwięku (akustyczne) jest wielkością skalarną, zdefiniowaną tylko rzez swą wartość. Czoło fali akustycznej dźwięku transformatora formuje się w dość znacznej odległości od kadzi, ze względu na skomlikowany kształt owierzchni drgających jak i dużą długość fali częstotliwości odstawowej. Ze względu na niskie oziomy dźwięku badanego obiektu omiary ciśnienia akustycznego oraz natężenia dźwięku rzerowadza się w niewielkiej odległości, w zakresie ola bliskiego. Parametry te silnie zależą od odległości omiarowej. Pomiar ciśnienia rejestruje wszelkie zmiany ciśnienia w obliżu badanego obiektu, również te nieroagujące w ostaci fali akustycznej. Bezośredni omiar natężenia dźwięku wychwytuje tylko roagującą część mocy akustycznej. Moc akustyczna jest arametrem całkowym służącym do kwalifikowania i orównywania źródeł dźwięku. Jest ona odstawowym deskrytorem energii akustycznej wysyłanej rzez źródło i dlatego bezwzględną fizyczną cechą samego źródła niezależną od jakichkolwiek zewnętrznych czynników, takich jak środowisko i odległość od odbiornika. Moc akustyczną można wyliczyć z ciśnienia akustycznego lub natężenia dźwięku. 5.4.1.3 Wzory Poziom ciśnienia akustycznego: 2 = 1 log [db] (5.4.1) [Pa] wartość bezwzględna ciśnienia akustycznego [Pa] wartość ciśnienia akustycznego odniesienia wynosząca 2 1-6 [Pa], [db] Poziom normalnego natężenia dźwięku: I 2 n i = 1 log [db] (5.4.2) I I n [Wm -2 ] wartość składowej natężenia dźwięku w kierunku normalnym do owierzchni omiarowej I [Wm -2 ] wartość natężenia dźwięku odniesienia wynosząca 1 1-12 [Wm -2 ], [db] Uwaga: jeżeli I n Poziom mocy akustycznej: jest ujemne, to oziom wyraża się jako XX [db] W W = 1 log [db] (5.4.3) W W [W] ilość energii w jednostce czasu rzenoszona rzez owietrze, wyromieniowana rzez źródło, moc akustyczna W [W] wartość mocy akustycznej odniesienia wynosząca 1 1-12 [W], [db] 5/7
Dodawanie mocy akustycznej transformatora w stanie bez obciążenia i rzy rądzie obciążenia,1 WA,UN,1 WA,IN ( + ) WA,SN 1 log 1 1 = [db] (5.4.4) [db] skorygowany oziom A mocy akustycznej transformatora stanie jałowym WA,UN rzy sinusoidalnym, znamionowym naięciu, znamionowej częstotliwości [db] skorygowany oziom A mocy akustycznej transformatora rzy WA,IN znamionowym rądzie Uwaga: indeks A oznacza, że zastosowano filtr korekcyjny tyu A Obliczanie mocy akustycznej urządzeń chłodzących zamontowanych bezośrednio na kadzi transformatora (odejmowanie mocy akustycznej),1 1 WA2 ( ) WA,1 WA 1 log 1 1 = [db] (5.4.5) WA1 [db] skorygowany oziom A mocy akustycznej transformatora i urządzeń chłodzących WA2 [db] skorygowany oziom A mocy akustycznej samego transformatora Uwaga: indeks A oznacza, że zastosowano filtr korekcyjny tyu A 5.4.2 PROCEDURA POMIAROWA (wyciąg) 5.4.2.1 inia ozycji omiarowych Podczas omiarów wykonywanych rzy wyłączonych urządzeniach chłodzenia owietrznego, wymuszonego (jeżeli takie są) linia ozycji omiarowych owinna leżeć w odległości,3 m od głównej owierzchni romieniowania, jeżeli ze względów bezieczeństwa nie rzyjęto odległości 1 m. Podczas omiarów wykonywanych rzy włączonych urządzeniach chłodzenia owietrznego, wymuszonego, linia ozycji omiarowych owinna być oddalona o 2 m od głównej owierzchni romieniowania. W rzyadku transformatorów o wysokości kadzi < 2,5 m linia ozycji omiarowych owinna leżeć na oziomej łaszczyźnie w ołowie wysokości kadzi. W rzyadku transformatorów o wysokości kadzi 2,5 m należy wykorzystywać dwie linie ozycji omiarowych ołożonych na dwóch oziomych łaszczyznach w jednej trzeciej i dwóch trzecich wysokości kadzi. 5.4.2.2 Położenie mikrofonów lub sondy natężenia dźwięku Mikrofony lub sonda natężenia dźwięku owinny znajdować się na linii (liniach) ozycji omiarowych, rozmieszczone w rzybliżeniu równomiernie i odległe od siebie nie więcej niż o 1 m. Minimalna liczba ozycji mikrofonów wynosi sześć. Mikrofony, a szczególnie sondę natężenia dźwięku należy ustawiać rostoadle do głównej owierzchni romieniowania (rostoadle do owierzchni omiarowej). 5/8
5.4.2.3 Pole owierzchni omiarowej Pomiary wykonywane w odległości,3 m od głównej owierzchni romieniowania h [m] wysokość kadzi transformatora l [m] długość linii ozycji omiarowych m S = 1,25 h [m 2 ] (5.4.6) Pomiary wykonywane w odległości 1 m od głównej owierzchni romieniowania l m ( h + 1 ) l m h [m] wysokość kadzi transformatora l [m] długość linii ozycji omiarowych m S = [m2 ] (5.4.7) 5.4.2.4 Środowisko róby Pomiary należy wykonywać w środowisku zaewniającym w rzybliżeniu swobodne ole nad łaszczyzną odbijającą dźwięk. Pomiary wewnątrz cel lub obudów transformatorów nie są douszczalne. Płaszczyzną odbijającą dźwięk jest zwykle odłoga omieszczenia, owinna być ona większa niż rzut na nią owierzchni omiarowej. 5.4.2.5 Pomiary oziomu natężenia dźwięku Pomiary należy wykonywać gdy hałas tła jest w rzybliżeniu stały. Nie wykonuje się omiarów hałasu tła, zarówno rzed włączeniem, jak i o wyłączeniu transformatora. Skorygowany oziom A normalnego natężenia dźwięku i skorygowany oziom A ciśnienia akustycznego należy rejestrować w każdej ozycji omiarowej. Należy wybrać rzekładkę dystansową mikrofonów w celu okrycia widma dźwięku, które zamierza się mierzyć, w rzeciwnym razie niższe lub wyższe częstotliwości nie będą uwzględniane i wystąią błędy. Należy stosować szybką charakterystykę dynamiczną miernika. Pomiary należy rzerowadzać o ustaleniu się warunków racy urządzenia. Zadanie 5.5 Na odstawie danych wyników omiaru skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego oraz skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku, wykonanych rzy omocy sondy natężenia dźwięku, wyznaczyć arametry akustyczne badanego transformatora. 5.5.1 ROZWIĄZANIE Do obliczeń i zestawienia końcowego rotokołu wyników omiaru arametrów akustycznych transformatora wykorzystany będzie skoroszyt arkuszy kalkulacyjnych rogramu Microsoft EXCE. - Uruchomić rogram EXCE (kliknąć na odowiednią ikonkę na ulicie komutera) - Otworzyć lik o nazwie PN-i.xls (rowadzący zajęcia oda ścieżkę dostęu) W arkuszu o nazwie PROTOKÓŁ: - Uzuełnić dane dotyczące miejsca zainstalowania oraz wytworzenia, znamion i cech transformatora, także gwarantowanego oziomu mocy akustycznej oraz wybranej metody omiarowej. Wskazówek oraz omówienia oszczególnych arametrów dokona rowadzący zajęcia. 5/9
- Uzuełnić dane o rzyrządach omiarowych oraz rozmieszczeniu unktów omiarowych (w zależności od tyu badanego obiektu). Wskazówek oraz omówienia oszczególnych arametrów dokona rowadzący zajęcia. - Uzuełnić dane o warunkach wykonywania omiarów. Dane dostęne są w arkuszu o nazwie DANE. 5.5.1.1 Obliczanie średniego skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego - Przekoiować do odowiedniej tabeli arkusza PROTOKÓŁ wyniki omiarów skorygowanych oziomów A ciśnienia akustycznego badanego transformatora wykonanych rzy racy bez obciążenia (dostęne w arkuszu DANE komórki C18:C31). - W komórce I85 wrowadzić formułę obliczającą bezwzględną wartość kwadratu zmierzonego ciśnienia akustycznego stosunku do kwadratu wartość ciśnienia akustycznego odniesienia (atrz wzór 5.4.1), zgodnie ze wzorem: 2 Ai,1 1 Ai 2 = [-] (5.5.1) Ai [db] wartość zmierzonego skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w ozycji omiarowej i (w tym rzyadku wartość odana w komórce C85) i [-] kolejny numer ozycji omiarowej (w tym rzyadku 1 atrz komórka A85) - Zaisaną formułę rzekoiować do komórek I86:I98 dla ozostałych ozycji omiarowych. - W komórce F11 wrowadzić formułę realizującą obliczenie średniej wartości skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego badanego transformatora. Przy obliczaniu średniej energetycznej wykorzystać wzór: N 1,1 Ai A = 1 log 1 [db] (5.5.2) N i= 1 [db] wartość zmierzonego skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w Ai ozycji omiarowej i N [-] całkowita liczba ozycji omiarowej i [-] kolejny numer ozycji omiarowej Uwaga: wykorzystać wyniki obliczeń z komórek I85:I98 5.5.1.2 Obliczanie średniego skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku - Przekoiować do odowiedniej tabeli arkusza PROTOKÓŁ wyniki omiarów skorygowanych oziomów A natężenia dźwięku badanego transformatora wykonanych rzy racy bez obciążenia (dostęne w arkuszu DANE komórki B18:B31). - W komórce H85 wrowadzić formułę obliczającą bezwzględną wartość zmierzonego stosunku zmierzonego natężenia dźwięku do wartość natężenia dźwięku odniesienia (atrz wzór 5.4.2), zgodnie ze wzorem: 5/1
I I Ai,1 1 IAi = [-] (5.5.3) IAi [db] wartość zmierzonego skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku w ozycji omiarowej i (w tym rzyadku wartość odana w komórce B85) i [-] kolejny numer ozycji omiarowej (w tym rzyadku 1 atrz komórka A85) - Zaisaną formułę rzekoiować do komórek H86:H98 dla ozostałych ozycji omiarowych. - W komórce F13 wrowadzić formułę realizującą obliczenie średniej wartości skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku badanego transformatora. Przy obliczaniu średniej energetycznej wykorzystać wzór: N 1,1 IAi IA = 1 log sign( IAi ) 1 [db] (5.5.4) N i= 1 IAi [db] wartość zmierzonego skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku w ozycji omiarowej i N [-] całkowita liczba ozycji omiarowej i [-] kolejny numer ozycji omiarowej Uwaga: wykorzystać wyniki obliczeń z komórek H85:H98 5.5.1.3 Obliczenie wskaźnika akcetowalności róby - Obliczyć różnicę omiędzy średnim skorygowanym oziomem A ciśnienia akustycznego transformatora, a średnim skorygowanym oziomem A natężenia dźwięku: Δ = [db] (5.5.5) A IA [db] średnia wartość skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego badanego A transformatora [db] średnia wartość skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku IA Akcetowalność róby jest uzależniona od obliczonej różnicy. W celu utrzymania standardowych odchyleń, które są 3 db, maksymalna douszczalna wartość Δ wynosi 8 db. Jeżeli Δ jest większe niż 8 db, zaleca się rozważenie użycia alternatywnej metody omiaru, na rzykład omiarów wąskoasmowych. 5.5.1.4 Obliczanie skorygowanego oziomu A mocy akustycznej - W komórce F16 wrowadzić formułę obliczającą skorygowany oziom A mocy akustycznej badanego transformatora, zgodnie ze wzorem: 5/11
S WA = IA + 1 log [db] (5.5.6) S IA [db] średnia wartość skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku badanego transformatora S [m 2 ] ole owierzchni omiarowej (atrz unkt 5.4, wzory 5.4.6 i 5.4.7) S [m 2 ] wartość ola owierzchni odniesienia wynosząca 1 [m 2 ] Zadanie 5.6 Metodę omiarów wąskoasmowych można stosować zarówno rzy omiarach ciśnienia akustycznego jak i natężenia dźwięku. Stosuje się ją zwykle wtedy kiedy środowisko róby odbiega od warunków idealnego ola swobodnego oraz rzy niestabilnym, silnym hałasie otoczenia (tła). Pomiary skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego oraz skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku dają w takich warunkach wyniki niejednoznaczne. Do omiarów wąskoasmowych zaleca się wybieranie szerokości asma analizatora, Δ f, 1/1 oktawy lub węższego, 1 % wybranej częstotliwości albo asma o szerokości 5 Hz lub 1 Hz. Harmoniczna generowana w rzeczywistości rzez transformator może wyadać oza asmem częstotliwości rzyrządu omiarowego, odczas gdy częstotliwość sieci ozostaje nadal w zakresie douszczalnych zmian. W takim wyadku akcetacja omiarów wymaga uzgodnienia między wytwórcą a nabywcą, albo zaleca się zastosowanie większej szerokości asma. Zaleca się mierzenie oziomów w asmach o częstotliwościach środkowych równych odwojonej częstotliwości znamionowej i jej wielokrotnościach. Skorygowany oziom A ciśnienia akustycznego w każdej ozycji omiarowej można obliczyć stosując równanie: ν max,1 Aν = Ai 1 log 1 [db] (5.6.1) νi = 1 [db] wartość zmierzonego skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w Aν aśmie o wybranej szerokości, Δ f, częstotliwości środkowej równej 2fν, w ozycji omiarowej i f [Hz] częstotliwość znamionowa ν [-] kolejny numer wielokrotności arzystych harmonicznych znamionowej częstotliwości (1, 2, 3 itd.) 5.6.1 ROZWIĄZANIE Do obliczeń skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w oszczególnych ozycjach omiarowych oraz wartości średniej dla wszystkich ozycji skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w asmach częstotliwości wykorzystany będzie arkusz kalkulacyjny PASMA w skoroszycie PN-i.xls rogramu Microsoft EXCE. - Uruchomić rogram EXCE (kliknąć na odowiednią ikonkę na ulicie komutera) 5/12
- Otworzyć lik o nazwie PN-i.xls (rowadzący zajęcia oda ścieżkę dostęu) W arkuszu o nazwie PASMA: - Uzuełnić dane o rzyrządach omiarowych oraz rozmieszczeniu unktów omiarowych (w zależności od tyu badanego obiektu). Wskazówek oraz omówienia oszczególnych arametrów dokona rowadzący zajęcia. - Uzuełnić dane o warunkach wykonywania omiarów. Dane dostęne są w arkuszu o nazwie DANE. 5.6.1.1 Obliczanie średniego skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w ozycjach omiarowych - W komórce D32 wrowadzić formułę obliczającą bezwzględną wartość kwadratu zmierzonego ciśnienia akustycznego w aśmie częstotliwości w stosunku do kwadratu wartość ciśnienia akustycznego odniesienia (atrz wzór 5.4.1), zgodnie ze wzorem: A 1 2 ν = 2,1 A ν [-] (5.6.2) Aν [db] wartość zmierzonego skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w aśmie o wybranej szerokości, Δ f, częstotliwości środkowej równej 2fν (w tym rzyadku 1 Hz atrz komórka B32), w ozycji omiarowej i (w tym rzyadku 1 atrz komórka C3) f [Hz] częstotliwość znamionowa ν [-] kolejny numer wielokrotności arzystych harmonicznych znamionowej częstotliwości (w tym rzyadku 1 atrz komórka A32) - Zaisaną formułę rzekoiować do komórek D33:D63 dla ozostałych harmonicznych asm częstotliwości. - W komórce D64 wrowadzić formułę obliczającą sumę wartości obliczonych w komórkach D32:D63. - Komórki D32:D64 rzekoiować do komórek F32:F64, H32:H64 itd. odowiednio dla ozostałych ozycji omiarowych. - W komórce C64 wrowadzić formułę obliczającą skorygowany oziom A ciśnienia akustycznego w ozycji omiarowej 1, zgodnie ze wzorem 5.6.1. Uwag : wykorzystać wynik obliczeń z komórki D64. - Komórkę C64 rzekoiować do komórek E64, G64 itd. - odowiednio dla ozostałych ozycji omiarowych. - W komórce AE64 wrowadzić formułę obliczającą wartość średnią skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego badanego transformatora zgodnie ze wzorem 5.5.2. Uwaga: wykorzystać wynik obliczeń z komórek D64, F64 itd. - W komórce U67 obliczyć skorygowany oziom A mocy akustycznej transformatora na odstawie omiarów wąskoasmowych. Zastosować wzór: S WA = A + 1 log [db] (5.6.3) S A [db] średnia wartość skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego S [m 2 ] ole owierzchni omiarowej S [m 2 ] wartość ola owierzchni odniesienia wynosząca 1 [m 2 ] 5/13
5.6.1.2 Obliczanie średniego skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w asmach częstotliwości - Formułę z komórki AE64, obliczającą wartość średnią skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego dla wszystkich ozycji omiarowych, rzekoiować do komórek AE32:AE63. W ten sosób uzyskujemy wartości średnie skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w oszczególnych asmach częstotliwości, dla wszystkich ozycji omiarowych. Wykres - Dane z komórek AE32:AE64 rzedstawić w ostaci wykresu kolumnowego w osobnym arkuszu. - Jako oś kategorii X wybrać częstotliwości środkowe asm z komórek B32:B63. Uwaga: należy zwrócić uwagę, że ostatnia kolumna rzedstawia całkowitą wartość średnią skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego badanego transformatora, we wszystkich asmach i ozycjach omiarowych, daną w komórce AE64. Zadanie 5.7 5.7.1.1 Ocena omiaru natężenia dźwięku Ocena wyników omiarów i obliczeń zależy od dwóch wskaźników: hałasu otoczenia odczas róby oraz warunków środowiskowych stonia rzybliżenia do ola swobodnego. Już w unkcie 5.5.1.3 odano odstawowe kryterium akcetowalności róby. Różnica omiędzy oziomem ciśnienia akustycznego a natężeniem dźwięku mierzonymi w tym samym czasie i miejscu wynika z różnicy omiędzy częścią aktywną i reaktywną wyromieniowywanej fali akustycznej, a także obecnością hałasu otoczenia. Pomiary wykonuje się w małej odległości od transformatora, w zakresie ola bliskiego, kierunek lokalnej fali akustycznej nie koniecznie jest rostoadły do owierzchni omiarowej ze względu na nierówności owierzchni romieniującej dźwięk. Jednolita fala akustyczna kształtuje się doiero w odległości rzekraczającej długość fali dla najniższej częstotliwości harmonicznej. Stąd omiary tylko składowej normalnej (roagującej) natężenia dźwięku w olu bliskim będą dawały zawsze mniejsze wartości niż omiar ciśnienia akustycznego, które uwzględnia także składowe nieroagujące. W rzyadku jednostajnego hałasu otoczenia różnica omiędzy wartością oziomu ciśnienia i natężenia będzie się ogłębiać. W uroszczeniu: sonda natężenia mierząc w kierunku źródła hałasu a nastęnie w kierunku od źródła, w wyniku uśredniania skomensuje natężenie dźwięku ochodzące od tego źródła. W rzyadku omiaru w kierunku od źródła uzyskamy ujemną wartość oziomu natężenia. 5.7.1.1 Ocena omiaru w asmach częstotliwości Porównanie wyników obliczeń średniego skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego w asmach częstotliwości z wynikami obliczeń w ćwiczeniu 4, średniego skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego bez uwzględnienia hałasu otoczenia i orawki środowiskowej, wskazuje na niewielką różnicę wynikającą z nieuwzględnienia w omiarach wąskoasmowych hałasu tła wystęującego oza mierzonymi asmami częstotliwości. Bliższa analiza wskazuje, że nawet uwzględnienie hałasu otoczenia w obliczeniach oziomu ciśnienia akustycznego rzy omiarach szerokoasmowych (atrz wzór 4.5.6 w ćwiczeniu 4) nie daje ełnej komensacji. Dlatego w rzyadkach gdy nie możemy uniknąć stosunkowo wysokiego oziomu hałasu tła, należy stosować omiary wąskoasmowe. Warunkiem 5/14
orawy uzyskiwanych wyników jest nieskorelowany, szerokoasmowy charakter tego hałasu. Pomiary wąskoasmowe nie uwzględniają orawki środowiskowej K, czyli odbić od otaczających obiektów. Należy więc dążyć do wykonywania omiarów w warunkach zbliżonych do ola swobodnego. W rzyadku omiarów wąskoasmowych ciśnienia akustycznego należy uwzględnić orawkę środowiskową rzy obliczaniu mocy akustycznej, odejmując ją od średniego oziomu ciśnienia akustycznego wyliczonego z asm częstotliwości, analogicznie do wzoru (4.5.6) w unkcie 4.5 ćwiczenia 4. 5.7.1.1 Ocena wyniku róby - Na odstawie kryteriów akcetacji wartości różnicy omiędzy średnim skorygowanym oziomem A ciśnienia akustycznego a średnim skorygowanym oziomem A natężenia dźwięku, ocenić dokładność i jakość omiarów czy sełniają warunki normy? - Porównać obliczoną wartość skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego oraz skorygowanego oziomu A natężenia dźwięku z tego ćwiczenia z wynikami z ćwiczenia 4 oraz obliczeniami dla asm częstotliwości. - Porównać obliczoną wartość skorygowanego oziomu A ciśnienia akustycznego dla omiarów wąskoasmowych oraz skorygowanego oziomu A mocy akustycznej z wartościami gwarantowanymi. - Ocenić czy wynik róby jest ozytywny czy negatywny czy wartości gwarantowane nie są rzekroczone? - Uzuełnić rotokół o dane osoby wykonującej obliczenia. 5/15