К виброакустическому калькулятору >>
Справка по использованию виброакустического калькулятора
При обработке результатов измерений уровней звука и ускорения, выраженных в дБ, используются операции возведения в степень и логарифмирования. Это неудобно даже с использованием инженерных или научных калькуляторов. Компания НТМ-Защита давно предлагает специализированный калькулятор, делающий такие вычисления не сложнее простых арифметических операций. Калькулятор НТМ стал инструментом для многих не только потому, что входит во все комплектации приборов серии АССИСТЕНТ, но и потому, что применим к результатам измерений приборами любых марок и компаний.
Калькулятор модернизируется с изменением требований нормативной документации. Текущая версия калькулятора по известным значениям неопределенностей входных данных вычисляет неопределенность результата.
Настоящая статья описывает on-line версию калькулятора. В этой версии убраны вычисления, потерявшие актуальность, и добавлены вычисления, вошедшие в практику. Изменен интерфейс пользователя. Описание калькулятора приводится на примере стандартных вычислений при обработке результатов измерений акустических и вибрационных параметров.
Примечание. Работа калькулятора не зависит от физической природы фактора. Это могут быть эквивалентные уровни звука в дБА, эквивалентные общие уровни звукового давления инфразвука в дБЛин, или эквивалентные корректированные уровни виброускорения в дБ. Поэтому в калькуляторе используется общее для уровней разной природы универсальное обозначение дБ.
В верхней части окна калькулятора расположены закладки для выбора нужной операции, на рисунке ниже они выделены красным. Открыта закладка для вычисления суммы уровней. Иногда эту операцию называют энергетическим суммированием.
На следующем рисунке отмечена область задания неопределенности входных данных.
Выбираем один из вариантов. По умолчанию: 0,7 дБ или 1 дБ или произвольное значение. В этом случае каждому вводимому уровню (слагаемому) автоматически приписывается одно и то же выбранное значение неопределенности. Тем самым экономится время на ввод данных. Своя: для каждого введенного уровня величина неопределенности тоже вводится вручную. Это требует больше времени, но позволяет вводить свою неопределенность для каждого уровня.
СЛОЖЕНИЕ УРОВНЕЙ. На следующем рисунке пример сложения трех уровней. Выбран вариант неопределенности по умолчанию 0,7 дБ для всех слагаемых. Исходные значения для вычисления вводятся в окна левой части калькулятора, 70, 60, 77. В окне правее отображается результат вычисления, 77,9±0,6 дБ. В правой части экрана графически иллюстрируются: введенные значения с неопределенностями - синие значки; результат вычисления - красная линия и значок. В нижней части окна калькулятора для всех операций размещается контекстная инструкция текущей операции. При сложении уровней, результат вычисления меняется по мере ввода исходных значений. Для вычислений, где это невозможно, результат появляется после нажатия кнопки «Вычислить», расположенной под окном ввода. Там же находится кнопка «Начать заново», по которой происходит очистка всех значений для перехода к новому вычислению. Типичными применениями операции сложения уровней являются:
- вычисление общего линейного уровня звукового давления инфразвука, как суммы уровней звукового давления в октавных полосах частот 2 Гц, 4 Гц, 8 Гц, 16 Гц;
- вычисление корректированного уровня, как суммы уровней в полосах частот с поправками, определяемыми коэффициентами частотной коррекции;
- вычисление эквивалентного уровня за смену по уровням экспозиции операций (подробнее об уровне экспозиции будет рассказано в одном из следующих примеров);
- справочные вычисления. Соотношение между обычными величинами человек легко оценивает на основании своего опыта. Для логарифмических величин, уровней у человека такого опыта нет и ему трудно представить, каким будет, например, общий уровень двух источников шума. Калькулятор наглядно демонстрирует, что добавка источника 60 дБ к источнику 70 дБ практически не заметна. Увеличение не превышает неопределенности получаемого результата, следующий рисунок.
Справочные вычисления вырабатывают понимание соотношения уровней, полезное для планирования измерений и оптимизации затрат времени на их проведение.
ВЫЧИТАНИЕ УРОВНЕЙ. На следующем рисунке пример вычитания уровней. В операции всегда участвуют только два уровня. Условно: общий и фоновый.
На рисунке общий уровень 63 дБ, фоновый 58 дБ, разность 61,3 дБ. Как и везде, неопределенности результата вычитания увеличивается. Даже тогда, когда неопределенность фонового уровня мала, следующий рисунок.
Неопределенность разности уровней увеличивается тем меньше, чем фоновый уровень меньше общего уровня. Даже если фоновый уровень имеет большую неопределенность, следующий рисунок.
Но в этом случае и само вычитание теряет смысл, т.к. результат вычитания не отличается от общего уровня.
Основным применением операции вычитания уровней является выделение вклада одного из источников. В качестве общего уровня служит результат, измеренный при работе всех источников. В качестве фонового – результат, измеренный после выключения интересующего источника.
Есть формальный запрет использовать результат вычитания, если уровни различаются меньше, чем на 4 дБ. Происхождение запрета можно проиллюстрировать на калькуляторе, следующий рисунок.
Причина в том, что неопределенность результата вычитания близких уровней становится неприемлемо большой. В приведенном примере область непринятия решения по результату вычитания лишает этот результат практического смысла. О нарушении формального запрета калькулятор предупреждает красным текстом под результатом вычисления.
Есть организационные трудности, когда результаты при включенном и выключенном источнике не удается получить из-за невозможности управления работой источников. Некоторые советы по такой ситуации см. в статье «Зачем нужны режимы АРМ».
Вычитание фона прибора из результата измерения рекомендовано некоторыми методиками. Неопределенность получаемого результата при этом предусмотрительно не упоминается. Если о ней вспомнить, то ситуация выглядит следующим образом.
Цифры в примере на рисунке взяты из измерения непостоянной вибрации в жилом помещении. Результат измерения 63 дБ. Норма 62 дБ. Превышение. После вычитания фона прибора 59 дБ из результата измерения 63 дБ получаем величину 60,8 дБ, которая меньше ДУ. Но увеличение неопределенности не позволяет сделать вывод, о соответствии норме, т.к. ДУ оказывается внутри интервала стандартной неопределенности. ВЫЧИСЛЕНИЕ СРЕДНЕГО УРОВНЯ. На следующем рисунке пример вычисления.
Применяется при определении среднего уровня, по результатам нескольких измерений в одной точке или нескольких измерений, выполненных в разных точках помещения или территории. Неопределенность результата включает в себя статистическую составляющую и приборную. Приборная задается в окне выбора неопределенности входных данных, как и в предыдущих операциях. Статистическая определяется как стандартное отклонение среднего выборки введенных результатов.
СМЕННЫЙ УРОВЕНЬ. Вычисляется значение эквивалентного уровня за смену по результатам измерений эквивалентных уровней отдельных операций. Или эквивалентных уровней в разных местах пребывания для непостоянного рабочего места.
Примечание. Название вкладки СМЕННЫЙ УРОВЕНЬ подразумевает использование для расчета эквивалентного уровня шума за смену на производстве. Но она может использоваться и для других случаев. Это может быть обработка результатов измерений и на селитебных территориях, и в жилых и общественных зданиях, и на границе санитарно-защитной зоны. Такой расчет проводится во всех случаях, когда надо определить эквивалентный уровень звука на интервале оценки, составленном из нескольких интервалов с известными продолжительностями (хронометраж) и известными эквивалентными уровнями звука.
Для каждого из уровней необходимо ввести характерное время воздействия за смену (хронометраж). Время вводится в минутах. При вводе проверяется, чтобы суммарный хронометраж операций был равен номинальной продолжительности рабочей смены 8 часов или 480 минут. Для справки указывается разница суммарного времени введенного хронометража и номинальной продолжительности смены. На следующем рисунке приведен пример расчета эквивалентного уровня шума за смену. За время смены выполняется 4 операции. Эквивалентные уровни звука для этих операций 92 дБ, 77 дБ, 71 дБ и 69 дБ. Суммарное время выполнения операций в течение смены равно, соответственно 10 минут, 280 минут, 70 минут и 120 минут. Всего 480 минут или 8 часов. Значения вводятся в соответствующие поля левой части окна калькулятора. Неопределенность входных данных задается так же, как в других операциях.
Результат вычисления расположен под полями ввода данных. В правой части окна калькулятора расположено графическое отображение входных данных и результата.
Для каждой операции рассчитывается также уровень 8-ми часового воздействия или уровень 8-ми часовой экспозиции. Это уровень, действие которого за 8 часов (смену), эквивалентно по энергии действию уровня операции за время этой операции. Например, для первой операции воздействие 92 дБ за 10 минут эквивалентно воздействию 75,19 дБ за 8 часов.
КОММЕНТАРИЙ. Это выходит за рамки описания калькулятора, но для понимания сути величин есть наглядная аналогия. Воздействие шума (вибрации) можно представить, как площадью фигуры, образованной уровнем воздействия - высота фигуры и временем воздействия - основание фигуры. Если быть точным, то «высота» для шума это квадрат давления, а не его логарифмическое представление – уровень. Но на наглядность это не влияет.
Для каждой операции на графике в правой части калькулятора это площадь залита цветом. Общее воздействие всех операций смены отражает общая закрашенная площадь. Она же равна площади под красной линией эквивалентного уровня за смену, поскольку воздействие этого уровня за 8 часов эквивалентно суммарному воздействию всех операций смены. Уровень 8-ми часового воздействия отдельной операции дает «высоту» фигуры, площадь которой за 8 часов равна площади под фактическим уровнем этой операции за ее хронометраж. Понятно, что для сохранения площади приведенный уровень увеличится, если приводить к меньшему времени. И уменьшится, если приводить к большему.
Уровни 8-ми часового воздействия имеют два полезных свойства. Первое. Поскольку уровни воздействия разных операций приведены к одному времени, легко видеть относительный вклад каждой в сменный эквивалент. По уровню и продолжительности операции увидеть это гораздо труднее. Второе. По той же причине эквивалентный уровень за смену равен просто сумме уровней 8-ми часовых воздействий всех операций смены. Это легко проверить, сложив полученные в примере уровни воздействий с помощью первой вкладки калькулятора.
Из сказанного следует, что само по себе значение эквивалентного уровня без указания времени, за которое он определяется, не может быть нормируемым параметром. Т.к. нормируется воздействие, т.е. «площадь». А для ее определения нужен не только уровень, но и время.
Такая аналогия полезна и для часто задаваемого вопроса: «как быть, если фактическая продолжительность смены не равна 8 часам?». С точки зрения вычислений, эквивалентный уровень за смену любой продолжительности определяется одинаково. Это такой уровень, воздействие которого за время смены (площадь) равно сумме воздействий (площадей) фактических операций в смене. Но при одинаковых сменных уровнях воздействие (площадь) за смену 12 часов будет больше, чем за смену 8 часов. Сопоставимыми с нормативом будут сменные уровни, приведенные к номинальной длительности смены. В графической аналогии – высоты фигур с той же площадью, но с номинальным основанием - 8 часов.
На следующем рисунке представлен пример расчета для смены 12 часов. С теми же уровнями отдельных операций и с теми же относительными временами действия этих операций, что и в предыдущем примере 8-ми часовой смены.
В примере введенное суммарное время смены 720 минут (12 ч) не совпадает с номинальной продолжительностью 8 часов (480 мин) и калькулятор выводит предупреждение о несовпадении. Эквивалентный уровень за введенную продолжительность смены составил 78,2 дБ. Соответствующий ему уровень 8-ми часового воздействия - 80 дБ. Полезно иметь в виду, что для смены с любой продолжительностью сумма уровней 8-ми часового воздействия операций равна эквивалентному уровню за смену, приведенному к 8-ми часам.
ПЕРЕВОД ЕДИНИЦ. Вкладка калькулятора дает возможность переводить значения из одних единиц в другие. Для акустики это децибелы и Паскали. Для вибрации децибелы и м/с2.
Кроме привычного по предыдущим версиям калькулятора перевода значений, вводимых в одно из окон ввода, в on line версии можно пользоваться бегунком, перемещаемым мышкой по шкале.
ЭКСПОЗИЦИЯ. Новая вкладка калькулятора для пересчета между эквивалентными уровнями, уровнями звукового воздействия (экспозиции), дозой шума. Применение этих вычислений требуется для интервалов времени и большой и малой продолжительности, поэтому для удобства в верхней части закладки предусмотрен выбор единицы измерения времени.
Перевод эквивалентного уровня за время действия Т в уровень звуковой экспозиции и дозу шума.
Уровень звукового воздействия и доза шума используются в некоторых нормативных и методических документах. Пример. Во время проезда средства транспорта проведено измерение эквивалентного уровня звука LeqT за время проезда Т. Этими двумя величинами однозначно определяется уровень звукового воздействия (экспозиции) и доза шума этого события. Такой расчет является, например, частью расчетов транспортного шума калькулятором-20444. Но это может быть любое шумовое событие.
Перевод уровня воздействия в эквивалентный уровень за заданный интервал времени Т.
Обратное вычисление. По известному уровню звукового воздействия события однозначно вычисляются эквивалентный уровень звука за время Т и доза шума, создаваемые этим событием.
Перевод эквивалентного уровня за время действия Т в эквивалентный уровень за заданный интервал времени Т0.
Часто встречающийся случай. Например, вычисление вклада шума одной рабочей операции с эквивалентным уровнем звука LeqТ и продолжительностью Т в эквивалентный уровень звука за всю смену Т0. Легко проверить, что именно так получается привычная по старым документам «поправка на время действия»: уровень операции 80 дБ, время действия половина смены 4 часа, приводим к продолжительности всей смены 8 часов, получаем 76,99 дБ. Разница 3 дБ равна соответствующей поправке на время действия.
Примечание 1. Вычисление выполняется по формулам нормативных документов. Вычисления могут использоваться для расчетов с любыми результатами измерений шума: на производстве, в жилых и административных помещениях, на территориях в т.ч. на границах СЗЗ.
Примечание 2. Стандартная неопределенность результата вычисления в децибелах равна стандартной неопределенности входных значений в децибелах.
Примечание 3. Вычисления применимы для эквивалентных корректированных уровней ускорения и эквивалентных уровней ускорения в полосах частот.
