Ses Şiddeti ile Ses Gücünün Ölçülmesi
Makinelerin veya ev aletlerinin ses gücünü ölçmenin en yaygın yolu, ISO 3744 veya ISO 3745’e göre birden fazla mikrofonla “envelope (sinyalin enerji seviyelerindeki değişiklik veya yoğunluklar)” yöntemini kullanmaktır. Ancak, daha yönetilebilir olarak, bir çift eşleştirilmiş mikrofon ile ses yoğunluğu probu kullanarak da ses gücünü belirleyebilirsiniz. Mikrofonun, sırasıyla ISO 9614-1 veya ISO 9614-2 standardına göre belirlenen nokta veya tarama yöntemi kullanılarak test edilecek cihazın etrafında gezdirilmesi ile bu ölçümler gerçekleştirilmektedir.
Bu yöntemler, bir ses haritası aracılığıyla test edilen cihazın yönsel ses karakteristiğine dair daha derin bir fikir sunar. Birçok gürültü test kodu bu yöntemlere atıfta bulunur, ancak ses gücü ölçümü ne kadar doğrudur?
Ses yoğunluğu nedir?
Ses yoğunluğu, bir alan birimi başına ses gücü olarak tanımlanır, ses kaynağına ve akustik ortamına olan uzaklığa bağlıdır. Ses yoğunluğu, ses enerjisinin miktarını ve yönünü tanımlayan bir vektör niceliğidir ve birimi [W/m2]’dir. Bunu ses basıncı ve parçacık hızının bir ürünü olarak hesaplarsınız.
Ses gücü nedir?
Ses gücü, bir ses kaynağının, genellikle logaritmik bir ölçekte ses gücü seviyesi olarak ifade edilen, gürültü kaynaklarının yayılan ses enerjisi seviyelerine karşılık gelen bir özelliğidir. Kaynaktan uzaklıktan bağımsızdır ve bu nedenle çeşitli ses kaynaklarını karşılaştırmanın pratik bir yoludur. Ses gücü, ses basıncı veya ses yoğunluğu ile farklı şekillerde ölçülebilir.
Ses basıncı nedir?
Ses basıncı veya akustik basınç, bir ses dalgası tarafından oluşturulan çevredeki atmosfer basıncından lokal basınçtaki değişimdir. Havada, ses basıncı genellikle bir mikrofonla ölçülürken, suda bir hidrofon uygularız. Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) ses basıncını ölçmek için kullanılan standart birim Pascal’dır (Pa).
Matematiksel olarak, p ile gösterilen ses basıncı, şu şekilde tanımlanır
Dewesoft Ses Yoğunluğu modülü yukarıda açıklanan üç ses niceliğini(ses yoğunluğu, ses basıncı, ses gücü) de alır, hesaplar ve görüntüler.
Test Örneği – Referans Ses Kaynağı (RSS)
Geniş bir frekans aralığında (100 Hz—20 kHz) ses radyasyonunu kesin olarak tanımlamak için, ISO 6929’a göre test cihazı olarak Referans Ses Kaynağı B&K 4204 seçilmiştir.
Bu cihaz dönen bir fan gibi çalışır ve sürekli, uzun süreli, kararlı bir beyaz gürültü sesi üretir. Esas olarak bina akustiği uygulamalarında, örneğin odaların veya farklı malzemelerin ses emilimini veya yalıtımını belirlemek için kullanılır.
İnsan kulağının mesleki gürültüye maruziyeti >80 dB(A)’dir. Ölçümleri gerçekleştirirken cihazın ses gücü yaklaşık 92 dB(A) olduğundan, gerekli olan işitme koruması için endüstriyel kulak tıkacı takılmak zorunda kalınmıştır.
Harici bir kalibrasyon laboratuvarı, ISO 3745 hassaslık derecesine göre yarı yankısız bir odada (yansıtıcı bir plaka üzerinde) Toplam Ses Gücünü ve bireysel oktav bantlarını belirledi.
Testte Kullanılan Ekipman Listesi
- Dewesoft SIRIUS mini veri toplama sistemi
- DewesoftX Yazılımı 2024.2 – toplama ve dijital sinyal işleme yazılımı
- Sound-Intensity-Plugin – DewesoftX yazılımı için eklenti
- Ses yoğunluğu probu: GRAS 50GI-R, Seri No. 482052
- Ses basınç kalibratörü GRAS 42AG
- IEC 61043, GRAS 51AB, SN: 210878’e göre faz kalibratörü
- Gürültü sinyali için fonksiyon üreteci Rigol DG1022 (faz kalibrasyonu için)
- ISO 6929, B&K 4204’e göre Referans Ses Kaynağı, Seri No. 552298, 19.12.2023 tarihinde akredite test laboratuvarı tarafından kalibre edilmiştir.
- EN ISO/IEC 17025 akredite AUVA Genel Kaza Sigorta Şirketi’ne ait yankısız oda, Viyana’ya yakın bir yerde bulunmaktadır.
Test Sırasında Ortam Koşulları:
- 21,2 °C
- %55,1 bağıl nem
Ses yoğunluğu probu nedir?
Ses yoğunluğu probu, ses yoğunluğunu ölçmek için kullanılan özel bir araçtır, genellikle metrekare başına watt (W/m²) olarak ifade edilen birim alan başına ses gücüdür. Ses yoğunluğu hem büyüklük hem de yön içeren bir vektör niceliğidir. Prob, ses alanlarının yön özelliklerinin belirlenmesine olanak tanır ve bu, gürültü kaynağı tanımlama, ses gücü belirleme ve akustik araştırma gibi çeşitli uygulamalarda önemlidir.
Ses Yoğunluğu Probunun Bileşenleri
Tipik bir ses yoğunluğu probu, iki farklı noktadaki ses basıncını ölçen, genellikle birkaç santimetre aralıklı, birbirine yakın bir çift mikrofondan oluşur. Mikrofonlar arasındaki boşluk, ses yoğunluğu vektörünün parçacık hızı bileşenini belirlemek için gerekli olan basınç gradyanının hesaplanmasını sağlar.
Sert bir ara parça, iki mikrofon arasında sabit bir mesafeyi koruyarak ses basıncı gradyanının doğru ölçümlerini sağlar. Her mikrofonun, sinyali daha fazla işleme tabi tutmak için koşullandıran ve prob mikrofonlarından gelen sinyalleri yakalayan bir veri toplama sistemine bağlanan bir ön yükselticisi vardır. Sistem, mikrofon sinyalleri arasındaki faz ve genlik farklarını analiz ederek ses yoğunluğunu hesaplamak için sinyalleri işler.
Çalışma prensipleri ve uygulamaları
Prob, iki ölçüm noktası arasındaki ses basınç seviyelerindeki farkı analiz ederek ses yoğunluğunu hesaplayabilir. Temel prensip aşağıdaki adımlara dayanır;
- Basınç Gradyanı Ölçümü: Mikrofonlar, bilinen bir mesafeyle ayrılmış iki noktadaki ses basınç seviyelerini yakalayan Ses basınç seviyesi ölçümleri gerçekleştirir. İki mikrofon arasındaki basınç farkı, basınç gradyanını belirler.
- Parçacık Hızı Hesaplaması: Basınç gradyanı, ses dalgasının parçacık hızıyla ilişkilidir. Parçacık hızını basınç gradyanı ve bilinen ayırma mesafesini kullanarak hesaplarsınız.
- Ses Yoğunluğu Hesaplaması: Ses yoğunluğunu, mikrofonlardan birinin ölçtüğü ses basıncı ile basınç gradyanından hesaplanan parçacık hızının çarpımı olarak hesaplarsınız. Sonuç, hem ses enerjisi akışının büyüklüğünü hem de yönünü gösteren bir vektör niceliğidir.
Yön bilgisi olmadan ses basınç seviyelerini ölçen geleneksel ses seviyesi ölçerlerin aksine, ses yoğunluğu ölçüm probları hem ses enerjisi akışının büyüklüğünü hem de yönünü sağlar. Yön verileri sağlayarak, ses yoğunluğu probları gürültü kaynaklarının doğru bir şekilde bulunmasına yardımcı olur. Ayrıca, arka plan gürültüsünde doğrudan ses gücünü ölçebilirler ve bu da onları gürültülü ortamlarda kullanışlı hale getirir.
Mühendisler, ses yoğunluğu problarını gürültü kaynağı tanımlama, akustik araştırma, çevresel gürültü izleme, bina akustiği ve bizim durumumuzda ses gücünü belirlemek dahil olmak üzere çeşitli uygulamalarda kullanırlar.
Ses Yoğunluğu Probunun Hazırlanması
Ses yoğunluğu probu, iki çift eşleştirilmiş mikrofondan oluşur. Üretime göre, eşleşen çiftler aralarında mümkün olan en düşük faz hatasına sahip olacak şekilde seçilir. Sahada ek bir faz kalibrasyonu yaparak en yüksek doğruluğu elde edersiniz; bu, kablolamadan kaynaklanan küçük sapmaları ortadan kaldıracaktır.
Function Generator (SIRIUS Analog Çıkış + Function Generator Software de kullanabilirsiniz) mikrofonlara bağlı GRAS 51AB faz kalibratörüne küçük bir gürültü sinyali sağlar. Prosedür, DewesoftX yazılımındaki varsayılan Ses Yoğunluğu ekranında hazırdır, bu nedenle sadece bir düğmeye tıklamanız ve beklemeniz gerekir. Prosedür tamamlandığında, ölçülen sonuç Ses Yoğunluğu kanal kurulumunda bir faz kalibrasyon tablosu olarak mevcuttur.
Ölçüm kurulumu
Referans Ses Kaynağı kalibrasyon raporundakiyle aynı koşulları hedefleyerek, yansıtıcı bir zemin plakası yerleştirerek tam yankısız oda yarı yankısız bir odaya dönüştürülmüştür. Genellikle, ISO 9614 yöntemleri zemin gibi yansıtıcı bir yüzey üzerinde serbest alan koşullarında uygulanır. Bu kurulum, ses yoğunluğunun beş yüzey üzerinden ölçülmesi gerektiği anlamına gelir çünkü kaynak tarafından aşağı doğru yayılan tüm ses enerjisi bu beş yüzeyden yansır. Beş yüzeyin her birinde, Ses Gücünün sonraki hesaplamasına yüzey alanını dahil etmeden önce zaman ortalamalı ses yoğunluğu ölçülmesi gerekir.
Ses Yoğunluğu Probu için önerilen 100-12500 Hz frekans aralığı için frekans ayırıcı seçilmiştir. Tarama yöntemi çok fazla belirsizlik getirdiğinden – test mühendisine bağlı olarak, kişi test edilecek cihazın sektörü üzerinde probu daha hızlı veya daha yavaş hareket ettirecektir, EN ISO 9614-1’e göre nokta yöntemi tercih edilen yöntemdir.
Test edilen cihazın etrafında, toplam 1,9 x 1,9 x 1,5 m boyutlarında bir küp tanımlanmıştır. Alttan ölçüm yapılamadığı için kübün 5 yüzeyinden ölçüm alınmıştır. Daha sonra her yüzey dört sektöre ayrılmıştır ve her ölçüm için Ses Yoğunluğu probu uygun sektörde merkezlenmiştir.
Test edilen cihazın yaydığı ses çok homojen olduğundan, veriler birkaç saniyelik ortalamadan sonra değişmemiştir; segment ölçüm süreleri her biri 10 saniyeye düşmüştür.
Ölçüm ve veri toplama
Ses Yoğunluğu probunun hassas bir şekilde konumlandırılmasını sağlamak için, her yüzeyin solunda ve sağında tripodlar kullanılmıştır ve yardımcı olarak bir bağlantı lastiği kullanılmıştır. Alt konumları bant üzerinde sarı bantla işaretlenirken, tripodların üst kolları daha yüksek konumları yönlendirmek için 90 derece döndürülmüştür. Tüm kurulum küpün her iki tarafı arasında hareket ettirilmiştir ve daha önce işaretlenmiş olan zemindeki etiketler yönlendirme sağlamıştır.
Ölçüm Sonuçları ve Çıkarımlar
Ölçüm yaptıktan sonra, Toplam Ses Gücü ve ayrı oktav bantları MS Excel’e aktarılmıştır.
Aşağıda, tablonun sol tarafında, ISO 3745 yarımküre kurulumuna dayalı akredite bir laboratuvar tarafından yapılan Ses Gücü test raporunun değerleri görülmektedir. Ortada, Ses Yoğunluğu ilkesi kullanılarak yapılan Dewesoft Ses Gücü ölçümleri ve sağ tarafta fark yer almaktadır.
Akredite laboratuvarın kalibrasyon raporu (Z) ağırlıklandırma sonuçlarını gösterdiğinden, bunları insan kulağı davranışına uyacak şekilde (A) ağırlıklandırmaya da dönüştürülebilir. Bu dönüşüm, her bant için A ağırlıklandırma referans eğrisini ekleyerek basitçe yapılabilir – daha fazla bilgi için Dewesoft PRO Eğitimi’ndeki açıklamaları inceleyebilirsiniz. 1 kHz’de, düzeltme değeri 0 olduğundan (Z) ve (A) değerleri eşleşir.
- Tablonun alt kısmındaki toplam Ses Gücü Lw(A) için yaklaşık 1 dB’lik bir sapma görebilirsiniz. Bu kullanılan farklı frekans aralıklarıyla açıklanabilir. Akredite test laboratuvarı raporu 20 Hz ile 20 kHz arasındaki bir frekans aralığını kapsarken, Dewesoft ölçümü 100 Hz ile 12,5 kHz’i kapsar. Tüm aralığı kapsamak için, farklı ara parçalar kullanarak iki ölçüm birleştirilmelidir, örn.12 mm ve 100 mm.
İki ölçüm yöntemi prensipte farklı olduğundan, Ses Yoğunluğuna dayalı Ses Gücünü ölçerken, ISO 9614-1, ayrı bantlar için +/-2 * s (standart sapma) toleransı belirtir;
- +/-4 dB for bands 50-160 Hz
- +/-3 dB for bands 200-630 Hz
- +/-2 dB for bands 800-5000 Hz
- +/-4 dB for 6300 Hz band
Dewesoft Sound Intensity eklentisi Precision sınıfı özelliklerine uymaktadır. Ayrıca mikrofonlar arasındaki plastik ara parçası davranışını kısmen telafi eder. Özellikle 6 kHz ila 12,5 kHz gibi daha yüksek bantlarda doğruluğu daha da iyileştirir ve bu Dewesoft’u rakipleri arasında öne çıkartır.