Măsurători de sunet

Factori care influentează acuratețea măsurătorilor sunetului:

Măsurătorile sunetului pot fi influențate de o serie de factori de mediu care afectează modul în care sunetul se propagă și este înregistrat de dispozitivele de măsură. Acești factori includ:

1. Mediul de Propagare: Sunetul se poate deplasa prin aer, apă sau solide, fiecare mediu influențând viteza și atenuarea sunetului diferit.
2. Vânt: Vântul poate cauza erori semnificative în măsurătorile de sunet în aer liber prin crearea de turbulențe peste microfon, rezultând în supraestimarea nivelului de zgomot. Parbrizele sunt adesea folosite pentru a reduce acest efect.
3. Umiditate: Umiditatea afectează densitatea aerului, ceea ce poate modifica viteza de propagare a sunetului. Membrana microfonului este sensibilă la umiditate, iar unele dispozitive includ sisteme de încălzire interne pentru a reduce condensul.
4. Temperatura: Temperatura influențează viteza sunetului; acesta se deplasează mai rapid în condiții mai calde. Variațiile de temperatură pot cauza, de asemenea, refracția sunetului, schimbând percepția nivelului de sunet la receptor.
5. Presiunea Aerului: Presiunea mai mare a aerului poate crește intensitatea undelor sonore și viteza de propagare a sunetului, modificând intensitatea sunetului perceput.
6. Vibrațiile: Vibrațiile din mediu pot interfera cu măsurătorile de sunet, introducând zgomot de fond care poate distorsiona citirile, în special în cazul sunetelor de nivel scăzut sau când este necesară o mare precizie.

Aplicații ale măsurătorilor sunetului: Acuratețea în măsurarea sunetului este crucială în multe aplicații, de la acustica arhitecturală și ingineria audio, până la monitorizarea mediului și diagnosticarea medicală. Înțelegerea și controlul factorilor care pot influența acuratețea măsurătorilor sunt esențiale pentru obținerea de date fiabile, care pot susține luarea deciziilor informate în domeniile afectate de nivelul sunetului.
Pentru a asigura cea mai mare acuratețe a măsurătorilor, este recomandat să se utilizeze echipamente calibrate și adaptate condițiilor specifice de mediu în care sunt efectuate măsurătorile.


Măsurarea vitezei sunetului - metoda rezonanței:
Metoda rezonanței este una dintre tehnicile utilizate frecvent în laboratoare pentru a determina viteza sunetului. Această metodă se bazează pe fenomenul fizic al rezonanței și pe observația undelor staționare care se formează într-un mediu controlat, cum ar fi un tub de rezonanță.
Principiu:

1. Frecvența Sunetului: Frecvența sunetului este controlată și generată de un generator de funcții, permițându-le cercetătorilor să cunoască exact frecvența undei sonore.
2. Formarea Undelor Staționare: Când sunetul este emis în tub, la anumite frecvențe, undele reflectate de capetele tubului interferează constructiv cu undele incidente, formând unde staționare.
3. Determinarea Lungimii de Undă: Undele staționare evidențiază noduri și antinoduri la distanțe regulate. Lungimea de undă a sunetului poate fi determinată măsurând distanța dintre aceste noduri sau antinoduri.

Calculul Vitezei Sunetului:

• Viteza sunetului poate fi calculată folosind relația simplă: 𝑣𝑖𝑡𝑒𝑧𝑎˘=𝑓𝑟𝑒𝑐𝑣𝑒𝑛ț𝑎˘×𝑙𝑢𝑛𝑔𝑖𝑚𝑒𝑑𝑒𝑢𝑛𝑑𝑎˘viteza˘=frecvența˘×lungimedeunda˘. Cunoscând frecvența și măsurând lungimea de undă în tubul de rezonanță, viteza sunetului în mediul respectiv poate fi precis determinată.

Utilizare: Metoda tubului de rezonanță este valoroasă pentru înțelegerea profundă a caracteristicilor propagării sunetului în diferite medii. Este o tehnică esențială în cercetarea acustică și fizică, permițând studiul detaliat al vitezei sunetului și al altor proprietăți ale undelor sonore. Această metodă este nu doar instructivă dar și relativ simplă, facilitând experimente precise și reproductibile într-un cadru de laborator.


Cantități de Măsurare a Sunetului - Principii și Aplicații:

Măsurarea sunetului implică evaluarea acestuia într-un mod care reflectă modul în care sunetul este perceput de urechea umană. Aceasta este esențială în diverse contexte, precum controlul zgomotului, proiectarea acustică, și evaluările de sănătate și siguranță. IEC 61672-1 este un standard în domeniul acusticii care definește indicatorii specifici pentru măsurarea sunetului, utilizând unitatea decibel (dB) pentru a cuantifica și evalua proprietățile sunetului.
Indicatori Definiți de IEC 61672-1:

1. Nivelul de Sunet Mediu în Timp (LAeq): Este logaritmul (baza 10) al raportului dintre energia sunetului mediată în timp și o valoare de referință standard de 20 micropascali. LAeq este frecvent utilizat în acustică pentru că reflectă direct energia sonoră, fiind un indicator esențial pentru evaluarea expunerii la zgomot pe durate extinse.
2. Nivelul de Vârf al Sunetului (Lpeak): Reprezintă logaritmul (baza 10) al raportului dintre cea mai mare presiune sonoră înregistrată (pozitivă sau negativă) și valoarea de referință de 20 micropascali. Lpeak este crucial pentru evaluarea expunerii la zgomote foarte puternice care pot afecta auzul.
3. Nivelul Presiunii Acustice (Lp): Este logaritmul (baza 10) al raportului dintre timpul mediu pătratic al presiunii sonore și pătratul valorii de referință de 20 micropascali. Lp se măsoară adesea în decibeli ponderați A (dBA) pentru a imita răspunsul urechii umane la diferite frecvențe.
4. Nivelul Sonor Ponderat în Timp (LAF sau LAS): Este logaritmul (baza 10) al raportului dintre media timpului de rulare a pătratului ponderat în timp al unui semnal de presiune sonoră ponderat în frecvență și pătratul valorii de referință de 20 micropascali. LAF și LAS sunt folosite pentru a evalua nivelurile de zgomot în diferite scenarii, incluzând monitorizarea zgomotului ambiental și acustică de fond.
5. Nivelul de Expunere la Sunet (LAE): Este logaritmul (baza 10) al raportului dintre expunerea la sunet ponderată A pe intervale de timp și valoarea de referință a expunerii la sunet. LAE este deseori folosit pentru măsurătorile de zgomot ambiental, cum ar fi traficul rutier, feroviar sau aerian, și este ajustat pentru un interval standard de 1 secundă.
6. Nivelul Zilnic de Expunere la Zgomot (LEX): În contextul profesional, LEQ este măsurat pentru o zi de lucru de 8 ore, iar rezultatul este denumit LEX. Este util pentru evaluarea riscului de deteriorare a auzului datorat expunerii la zgomot și poate fi prezentat și ca procent din limita zilnică de expunere.

Aceste cantități de măsură permit profesioniștilor să evalueze și să controleze expunerea la sunet într-o varietate de medii, asigurând protecția auzului și confortul acustic în diverse aplicații.




Energie Sonoră și Indicatorul LEQ:

În evaluările acustice, unul dintre indicatorii esențiali folosiți este nivelul sonor continuu echivalent (LEQ), care servește ca măsură principală a decibelilor. LEQ reprezintă media energiei sonore pe o anumită perioadă de timp, oferind o valoare unitară de decibeli care echivalează cu energia sonoră totală a fluctuațiilor de zgomot din acel interval. Această abordare este vitală, în special în contexte unde persoanele sunt supuse la variații ale nivelului de zgomot, precum locurile de muncă sau studiile privind poluarea sonoră ambientală. Prin cuantificarea uniformă a expunerii sonore, LEQ ajută la evaluarea riscului de deteriorare a auzului uman, fiind un instrument crucial în controlul zgomotului și protecția auditivă.

Top of Form





Nivelul Maxim de Presiune Sonoră în Diverse Aplicații

Măsurătorile nivelului maxim de presiune sonoră sunt cruciale în domenii ca acustica, ingineria audio și sănătatea ocupațională. În mediile profesionale unde există riscul de deteriorare a auzului datorită expunerii la zgomote intense, se recurge frecvent la măsurarea Vârfului C, care reprezintă valoarea maximă instantanee a presiunii sonore ponderată pe frecvența „C”. Aceste vârfuri de presiune pot apărea într-o perioadă foarte scurtă, de câteva secunde, și s-ar putea să nu fie captate de măsurătorile LEQ, care sunt medii calculate pe intervale de timp mai lungi. Din acest motiv, măsurarea nivelului de zgomot de vârf este esențială pentru monitorizarea eficientă și gestionarea expunerii la zgomot în locurile de muncă, având un rol important în protejarea sănătății auzului angajaților.












Scala de decibeli în măsurătorile de sunet:

Decibelul (dB) este unitatea logaritmică folosită în măsurătorile de sunet, care reflectă raportul dintre un anumit nivel de presiune sonoră și o valoare de referință prestabilită. Această valoare de referință este 20 µPa (micro pascali), considerată cel mai slab sunet perceptibil de către urechea umană, și este reprezentată ca 0 dB. Acest prag definește limita inferioară a auzului uman. În diferite contexte și aplicații, măsurătorile de sunet pot ajunge la 130 dB (63,2456 Pa) în medii zgomotoase, iar pentru medii de lucru extrem de zgomotoase se pot efectua măsurători ale nivelurilor de vârf până la 140 dB (200 Pa). Atingerea sau depășirea acestui nivel poate rezulta în deteriorarea imediată a auzului și pierderea permanentă a acestuia.








Tehnici de măsurare a sunetului:

În practică, acusticienii recurg la metode specializate pentru a măsura sunetul cu precizie. Selectarea metodei adecvate de măsurare garantează controlul asupra proprietăților acustice ale sunetului și a factorilor care le influențează. Cele mai uzuale tehnici de măsurare sunt prezentate mai jos:




Măsurarea nivelului presiunii sonore:

Tehnica de bază pentru măsurarea sunetului implică evaluarea nivelului presiunii acustice (SPL) în decibeli. Această metodă este folosită în toate tipurile de măsurători acustice pentru o evaluare inițială a mediului sonor. Când măsurătorile sunt realizate pe o perioadă de timp, se utilizează nivelul de sunet echivalent (LEQ).



Dozimetrie:

Măsurătorile dozimetrice ale sunetului evaluează expunerea lucrătorilor la sunet pe parcursul unei zile de muncă. Sunetul este monitorizat cu un dozimetru fixat pe haine, aproape de ureche, pentru a măsura zgomotul perceput de ureche.




Analiza frecvenței:

Analiza frecvenței este esențială în tehnicile acustice, precum măsurarea puterii sunetului, intensității sau volumului. Aceasta se realizează în benzi de 1/1 sau 1/3 de octavă sau utilizând transformata Fourier rapidă (FFT). Rezultatul unei astfel de analize se numește spectru de frecvență și reprezintă zgomotul în intervale de frecvență consecutive (benzi de frecvență înguste).




STIPA:

Măsurătorile STIPA (Indicele de Transmisie a Vorbirii pentru Sisteme de Adresare Publică) evaluează factorii care influențează claritatea vorbirii în acustica unei încăperi sau în sistemele de adresare publică.







RT 60:

Măsurătorile RT 60 (timpul de reverberație) sunt utilizate pentru a determina acustica optimă a unei încăperi. Timpul de reverberație RT 60 este influențat de proprietățile de absorbție ale suprafețelor reflectorizante și de distanțele dintre acestea. Această măsurătoare oferă o evaluare obiectivă și cantitativă a calității acustice a unei încăperi dintr-o clădire.




Puterea sunetului:

Puterea sunetului reprezintă rata la care energia este emisă sub formă de sunet, exprimată în wați. Este o măsură a cantității totale de energie sonoră pe care o emite o sursă de sunet pe unitatea de timp. Aceasta este folosită în principal în aplicații industriale și de producție pentru a evalua sunetul emis de diverse mașini, unelte, vehicule sau chiar fabrici întregi.







Intensitatea sunetului:

Intensitatea sunetului este viteza cu care energia sonoră se deplasează printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe direcția de propagare a sunetului, exprimată în wați pe metru pătrat. Aceasta măsoară puterea sunetului într-un anumit punct și poate fi utilizată pentru a determina direcția sursei de sunet. În plus față de măsurarea direcției, intensitatea sunetului poate fi folosită pentru a calcula puterea sunetului.


Intensitatea sunetului perceput:

Intensitatea sunetului perceput este un indicator subiectiv al cât de puternic este perceput un sunet de către oameni. Aceasta se corelează cu percepția umană și diferă de măsurătorile fizice, precum presiunea sonoră, intensitatea fizică sau puterea sunetului. Intensitatea sunetului perceput este de obicei măsurată utilizând algoritmi precum metoda Zwicker, care are o corelație mare cu zgomotul perceput de oameni. 



Tonalitatea sunetului:

Măsurătorile de tonalitate evaluează calitatea sunetului în funcție de percepția umană a componentelor tonale ale acestuia. Analiza tonalității identifică și măsoară tonurile dintr-un anumit spectru de zgomot, oferind informații despre cum sunt percepute aceste tonuri de către urechea umană.

















Aplicații pentru măsurarea sunetului:
Pentru a obține măsurători precise ale sunetului, este esențial să cunoaștem proprietățile acustice ale acestuia și factorii care le pot influența. În practică, specialiștii în acustică utilizează tehnici avansate pentru măsurarea sunetului în diverse aplicații. Cele mai frecvente aplicații de măsurare sunt prezentate mai jos:


Zgomotul la locul de muncă:

Măsurătorile sonore sunt esențiale pentru protejarea auzului angajaților în diverse medii de lucru. Expunerea la zgomot industrial poate fi întâlnită în numeroase domenii, inclusiv producție, construcții și transporturi. În practică, măsurătorile zgomotului la locul de muncă utilizează parametri precum LEQ, PEAK și NOISE DOSE (LEQ normalizat la 8 ore).






Aplicațiile de măsurare a zgomotului ambiental:

Zgomotul ambiental Măsurătorile zgomotului ambiental au rolul de a proteja sănătatea publică și bunăstarea împotriva efectelor negative ale zgomotului comunitar. În practică, măsurătorile de zgomot ambiental se bazează în principal pe LEQ.





Ingineria aplicațiilor de măsurare a sunetului:

Ingineria acustică presupune proiectarea, controlul și reducerea emisiilor de zgomot în diverse medii. Scopul acesteia este de a crea echipamente și dispozitive care generează mai puțin zgomot și de a asigura medii mai confortabile pentru oameni. Exemple de inginerie acustică includ utilizarea barierelor fonice, a materialelor fonoabsorbante și a dispozitivelor de protecție auditivă.





Intensitatea sunetului:

Intensitatea sunetului reprezintă rata la care energia sonoră traversează o unitate de suprafață perpendiculară pe direcția de propagare a sunetului, măsurată în wați pe metru pătrat. Aceasta este o măsură a puterii sunetului într-un anumit punct și poate fi folosită pentru a identifica direcția sursei de sunet. Pe lângă determinarea direcției, intensitatea sunetului este utilă pentru calcularea puterii sonore.


Fizica aplicațiilor de măsurare a sunetului:

Fizică Măsurătorile sunetului sunt esențiale în predare și cercetare în domeniul fizicii. Ele facilitează explorarea principiilor fundamentale și oferă aplicații practice pentru cercetări științifice avansate. Aplicațiile uzuale ale măsurătorilor acustice în fizică includ analiza undelor, efectul Doppler, rezonanța, intensitatea sunetului, procesarea semnalelor acustice și analiza FFT (Fast Fourier Transform).



Știința aplicațiilor de măsurare a sunetului:

Știință Microscopia acustică și spectroscopia sunt tehnici folosite în știința și ingineria materialelor pentru a studia proprietățile și structurile materialelor. Microscopia acustică utilizează unde sonore de înaltă frecvență pentru a vizualiza și caracteriza microstructura materialelor, în timp ce spectroscopia acustică măsoară interacțiunea undelor sonore cu materialele pentru a analiza compoziția chimică și proprietățile fizice ale acestora.


Audiometrie:

Audiometria este un test auditiv frecvent utilizat pentru a măsura pragul minim al nivelurilor sonore la diverse frecvențe pe care o persoană le poate percepe. Testul se efectuează prin prezentarea unei serii de tonuri pure, de obicei cuprinse între 250 și 8000 Hz, fiecărei urechi separat, iar pacientul este solicitat să indice momentul în care aude tonul. Rezultatele sunt reprezentate sub forma unei audiograme, care ilustrează pragurile de auz pentru fiecare frecvență. Audiometria cu tonuri pure poate ajuta la diagnosticarea pierderii auditive și la evaluarea gradului și tipului de afectare, cum ar fi cea senzorineurală sau conductivă.



Aplicații de măsurare a sunetului în psihoacustică:

Psihoacustică Studiul modului în care creierul uman interpretează și procesează sunetele este cunoscut sub numele de psihoacustică și percepție auditivă. Percepția înălțimii, sonorității, timbrului și a sunetului spațial sunt toate aspecte esențiale ale percepției auditive. Aceste concepte sunt fundamentale în proiectarea aparatelor auditive și a sistemelor audio care au ca scop optimizarea experienței de ascultare pentru persoanele cu deficiențe de auz. În psihoacustică, unitățile „phone” și „sone” sunt utilizate pentru a reprezenta volumul perceput. Un phon este o unitate de măsură a nivelului de volum pentru tonuri pure. Nivelul de referință de 1 phon este echivalent cu 1 dB la o frecvență de 1 kHz. Sone-ul este o altă unitate de volum perceput, definită ca volumul unui ton de 1 kHz la 40 dB. Aceste unități ajută la cuantificarea relației neliniare dintre intensitatea fizică a unui sunet și volumul său perceput.




Standarde de măsurare a sunetului:

O gamă largă de aplicații de măsurare a sunetului, tehnici și factori care influențează precizia necesită standardizare. Pentru a asigura acuratețea și consistența, organizațiile internaționale, precum ISO, au stabilit standarde pentru ghidarea măsurătorilor sonore în fiecare aplicație. Aceste standarde iau în considerare factorii care influențează precizia și specifică cantitățile de măsurare, scalele, instrumentele și tehnicile utilizate. Cele mai des utilizate standarde pentru măsurători acustice sunt prezentate mai jos.