Примеры обработки результатов измерения шума

Приведены типичные случаи обработки результатов измерения шума:

  • исключение помех,
  • определение фонового уровня,
  • выделение шума конкретного источника,
  • расчет по циклу работы источника,
  • расчет с использованием уровней звуковой экспозиции отдельных событий.

Показано, что при правильной организации измерений, разные способы определения эквивалентного уровня звука за период оценки дают одинаковый результат. Все способы применялись для одного и того же шума, записанного в виде хронограммы измерения. Это обеспечило сравнение в строго одинаковых условиях и наглядность. На практике любой способ может выполняться через обычные измерения без применения хронограммы.

В ходе сравнения описаны полезные на практике инструменты работы с хронограммами, применение калькуляторов. Описана конфигурация прибора, которая позволяет, проводя измерения, как обычно, записывать при этом хронограммы всех проведенных измерений.

Место и условия проведения измерения.

На рисунке хронограмма измерения шума, проведенного в номере гостиницы. После начала измерения оператор покинул помещение. Большая часть измерения проходил в отсутствие людей. Участки фонового шума, проникающего в помещение извне, сменяется участками шума периодически включающейся вентиляции. Характер шума непостоянный, прерывистый.

Рисунок 1. Хронограмма измерения, просмотр без обработки.

Красная линия хронограммы описывает изменение показания LAeq прибора во время измерения. Результат, считанный с экрана прибора по окончании измерения соответствует ее последней точке, 34,4 дБ, рисунок 1. Стандартная неопределенность результата однократного измерения при применении прибора 1-го класса составляет 0,7 дБ. Вывод о соответствии норме ДУ=35дБ для номера гостиницы в ночное время сделать нельзя, т.к. ДУ лежит внутри интервала расширенной неопределенности 34,4±1,4 дБ.

Шум на начальном участке измерения создал оператор, покидающим помещение. Об этом есть запись в рабочем журнале Для целей измерения этот шум является помехой. Влияние помехи со временем уменьшается, но, судя по хронограмме, остается определяющим до конца измерения. Значит результат 34,4±1,4 дБ не может использоваться для адекватной оценки.

Примечание. Сегодня нет устоявшегося правила учета неопределенности при сравнении с нормой. Следующая формулировка есть в письме Роспотребнадзора от 13.06. 2012 года «Соответствие гигиеническим нормативам считается установленным лишь в том случае, если измеренные величины, включая диапазон расширенной неопределенности, находятся в зоне допустимых значений». Для полной четкости в формулировке не хватает указания коэффициента охвата расширенной неопределенности. В своих примерах мы будем руководствоваться этим положением и коэффициентом охвата 2, который соответствует интервалу неопределенности с уровнем доверия 95%. Этот коэффициент охвата используется в ГОСТ 23337-14.

Исключение вклада помех в результат измерения эквивалентного уровня.

Работу с хронограммами в ПО приборов АССИСТЕНТ обеспечивает программа МОНИТОРИНГ. Для удаления вклада помех в ней предусмотрены инструменты ВЫРЕЗ и ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА.

Вырез.

Выделяется интервал, охватывающий участок хронограммы с помехой и к нему применяется операция ВЫРЕЗ. Рисунок 2.

Рисунок 2. Результат обработки операцией ВЫРЕЗ.

Без помехи значение эквивалентного уровня звука в конце хронограммы составило 32±1,4 дБ. Время измерения больше часа и включает 4 цикла работы вентиляции. Изменение эквивалентного уровня звука за последнюю минуту измерения меньше 0,5 дБ. Результат вместе с интервалом расширенной неопределенности целиком лежит в области допустимых значений.

Примечание 1. После выреза основной помехи на рисунке 2 стало заметно влияние кратковременного события в районе 15-й минуты измерения. В нашем случае результат уже показал соответствие норме и удаление этого кратковременного события не изменит заключения экспертизы. В другой ситуации проявившийся вклад еще одной помехи может быть важным, и его надо будет также вырезать. Для этого предусмотрено выполнение нескольких вырезов в одной хронограмме.

Примечание 2. Помехи должны быть отражены в рабочем журнале. Это будет формальным обоснованием для выреза.

Примечание 3. Простой и эффективный прием для исключения помех в начале измерения дает таймер ожидания прибора. Настройка таймера прибора на время ожидания 2 минуты включила бы измерение не в момент, когда оператор нажал кнопку на приборе, а спустя 2 минуты. Т.е. после покидания оператором помещения. Окончание измерения можно задать двумя способами. Установкой таймера продолжительности измерения. Тогда измерение закончится по заданному времени. Или установкой условия на изменение эквивалентного уровня. Тогда измерение остановится после того, как изменение за последнюю минуту измерения будет меньше заданного.

Параметры интервала.

На хронограмме строится интервал, охватывающий участок без помех. На рисунке 3 этот участок светлее. К нему применяется операция ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА. В окне результата эквивалентный уровень звука на участке, не содержащем помеху, составил 32,0 дБ. Результат совпал с применением операции ВЫРЕЗ.

Рисунок 3. Применение операции ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА.

Примечание. Операция ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА имеет преимущество над операцией ВЫРЕЗ в том, что ее результат можно записать в архив Assistant Data Center (DC) в виде стандартной записи результата измерения на этом интервале. Для этого в выпадающем меню после правого клика на интервале выбираем «выгрузка в файл», рис.3. Полученный файл стандартным образом импортируем в ДЦ, рисунок 4.

Рисунок 4. Результат операции «параметры интервала» в архиве измерений.

В первой строке таблицы находится исходный необработанный результат измерения, переданный в DC из памяти прибора. В подцвеченной строке таблицы результат, полученный обработкой хронограммы. Эквивалентный уровень 32 дБ, временные параметры соответствуют выбранному после помехи интервалу на рисунке. После передачи в DC результат обработки хронограммы становится полноценным измерением. К нему могут применяться все предусмотренные в DC инструменты работы с результатами.

Выделение вклада шума вентиляции.

С помощью операции «параметры интервала» определяем эквивалентный уровень звука фонового шума на интервалах с неработающей вентиляцией. Рисунок 5. Интервал 14-24 минуты из определения уровня звука фонового шума исключаем из-за помехи. Определяем среднее по 3-м измерениям значение эквивалентного уровня звука фонового шума и его стандартную неопределенность.

Примечание. В окне параметров интервала указаны максимальное и минимальное значения уровня звука на интервале. Во всех случаях их разница превышает 5 дБ, шум непостоянный. Поэтому в примерах рассматриваем эквивалентный уровень звука с частотной коррекцией А. При необходимости все описываемые приемы можно применять для УЗД в октавных или третьоктавных полосах.

Рисунок 5. Определение УЗ фонового шума.

Используем виброакустический калькулятор, закладка «Средний уровень», рисунок 6. Калькулятор рассчитывает стандартную неопределенность. Для получения расширенной неопределенности стандартную неопределенность надо умножить на коэффициент охвата.

Рисунок 6. Вычисление среднего значения эквивалентного уровня звука фонового шума.

Примечание. Стандартная неопределенность в данном случае определена приборной составляющей, т.к. разброс результатов мал и составляющая неопределенности по типу А (статистическая) оказалась несущественной.

Аналогично обрабатываем периоды работы вентиляции для получения среднего значения эквивалентного уровня звука общего шума, рисунки 7, 8.

Рисунок 7. Определение эквивалентного уровня звука общего шума на одном из интервалов с работающей вентиляцией.

Рисунок 8. Вычисление среднего значения и стандартной неопределенности эквивалентного уровня звука общего шума при включенной вентиляции.

Выделяем эквивалентный уровень звука шума, создаваемого работающей вентиляцией. Для этого с помощью закладки «Разность уровней» виброакустического калькулятора вычитаем значение эквивалентного уровня звука фонового шума из эквивалентного уровня звука общего шума, рисунок 9. Результат 34,0±1,6 дБ.

Рисунок 9. Вычисление эквивалентного уровня шума, создаваемого работающей вентиляцией.

Другой способ. Таблица поправок на влияние фонового шума. Таблица показывает, что для разницы уровней 34,5-24,5=10 дБ поправки на фоновый шум не требуется. Результат 34,5±1,4 дБ. Разница результатов объясняется тем, что поправки таблицы дают приблизительный результат, а вычитание уровней на калькуляторе проводится по формуле. Это не только дает более точную величину, но и учитывает вклад неопределенности результата измерения фона. Позволяет получать результат при разнице общего и фонового уровней 3 дБ и менее. Применение поправок фактически маскирует увеличение неопределенности результата после коррекции на фон. Но она существует и проявляется в запрете на применение таблицы поправок при разнице уровней меньше 4 дБ, когда игнорировать неопределенность разности двух близких уровней уже нельзя.

В данном случае интервалы расширенной неопределенности обоих результатов целиком лежат выше ДУ для технологического оборудования, предусмотренного проектом здания. Поэтому результат экспертизы: шум, создаваемый вентиляцией, не соответствует норме с учетом поправки 5 дБ для шума, создаваемого технологическим оборудованием. В других случаях вычитание дает возможность выделить шум технологического оборудования и сравнить его с нормой там, где таблица поправок этого сделать не позволяет.

Примечание. Такой случай из практики обсуждался на нашем форуме «Виброакустика» тема «Коммунальный шум».

Расчет по параметрам цикла работы вентиляции.

Шум в номере, который раньше был определен удалением влияния помехи, можно рассчитать по измеренным значениям эквивалентных уровней звука работающей и выключенной вентиляции с учетом соответствующих интервалов времени действия. Способ может быть спланирован и выполнен обычными измерениями, без использования хронограммы. Мы ее используем для наглядности и сравнения результатов разных методов строго на одинаковом сигнале.

Измерение величин, необходимых для расчетов.

Интервалы времени работы вентиляции. В окне операции «параметры интервала» указаны временные отметки границ выделенного интервала и его продолжительность, рисунок 10. Точность установки границ интервала определяется шагом мониторинга, в рассматриваемом примере 1 с. Для использования этой точности нужно увеличить масштаб представления хронограммы на графике предусмотренными для этого инструментами. На рисунке 10 показан один из участков работы вентиляции в увеличенном масштабе.

Рисунок 10. Увеличение масштаба для точной установки границ интервала.

Продолжительности интервалов работы и паузы вентиляции, измеренные таким образом, составили, в секундах: работа 385, 387, 389, 385; пауза 660, 655, 662. Средние значения: работа 386,5±1,0 пауза 659,0±2,1. Дальше вкладом неопределенностей временных интервалов пренебрегаем в силу их малости. Средние значения эквивалентных уровней звука при работе вентиляции и в паузе были определены раньше 34,5±0,7 дБ и 24,5±0,7 дБ.

Варианты расчета.

Виброакустический калькулятор, закладка сменный уровень.

Калькулятор «сменного» уровня создавался для расчета эквивалентного уровня звука за рабочую смену по уровням звука и времени действия шума операций, эту смену составляющих. Но алгоритм вычисления никак не привязан именно к рабочей смене. Алгоритм описывает способ расчета эквивалентного уровня звука на любом интервале оценки, составленном из интервалов времени с известными продолжительностями (хронометраж) и уровнями звука на них. Применительно к нашему случаю нужен эквивалентный уровень звука за время цикла работы вентиляции. Известны уровень шума при работающей вентиляции 34,5 дБ и время работы 386,5 с. Уровень шума при неработающей 24,5 дБ и время паузы в работе 659 с. Расчет на рисунке 11.

Рисунок 11. Расчет шума в номере по циклу работы вентиляции.

Результат вычисления шума в номере 30,9±1,2 дБ.

Примечание 1. Результат вычисляется калькулятором для интервала, равного сумме введенных времен воздействий. Результат определяется соотношением времен, а не их абсолютными величинами. Поэтому единицы измерения времени могут быть любыми, лишь бы одними и теми же. В данном случае время в секундах.

Примечание 2. Результат, приведенный к 8-ми часам, имеет абсолютную привязку. Для его правильного расчета времена воздействия должны вводиться в минутах.

Примечание 3. Для шума, создаваемого вентиляцией, надо использовать уровень, «очищенный» от фона, 34 дБ. Временные соотношения те же. Эквивалентный уровень звука шума, создаваемого вентиляцией в типичном режиме ее работы, составляет 29,8±1,6 дБ. ДУ лежит внутри интервала неопределенности, и сделать вывод о соответствии норме невозможно. Но этот результат гораздо ближе к норме, чем полученный раньше шум в фазе работы вентиляции, 34±1,6 дБ. Итог. Эквивалентные уровни звука шума, создаваемого оборудованием в фазе работы, и в типичном режиме эксплуатации могут заметно отличаться.

Калькулятор 9612.

Задачу определения уровня на интервале, составленном из отрезков, решает калькулятор 9612 для стратегии рабочей операции. Он включает расчеты среднего уровня шума и средней продолжительности действия шума для каждого интервала. Поэтому входными данными для него будут непосредственно результаты прямых измерений уровней и продолжительностей работы и паузы вентиляции. А не средние значения, как в предыдущем расчете. Расчет калькулятором 9612 представлен на рисунке 12.

Рисунок 12. Вариант расчета калькулятором 9612.

Результат находится в последней строке: 30,8±2,1 дБ. Он совпадает с предыдущим вариантом расчета виброакустическим калькулятором.

Примечание 1. Под операцией 1 подразумеваем интервал работающей вентиляции. Под операцией 2 интервал паузы в работе.

Примечание 2. Результаты измерений продолжительностей этих интервалов переведены в минуты. Это принятая в калькуляторе 9612 единица ввода времени.

Примечание 3. Продолжительность рабочего цикла вентилятора равна сумме времен работы и паузы: 386,5 с + 659 с = 1045,5 с или 0,29 часа. В калькуляторе она нами задано, как фактическое время смены. Последняя строка.

Примечание 4. Неопределенность результата больше, чем в предыдущем расчете, т.к. калькуляторе 9612 дополнительно учитывается вклад неопределенности установки микрофона.

Калькулятор 20444.

Он тоже может использоваться для расчета. Калькулятор создан для определения эквивалентного уровня звука на интервале оценки по уровням звукового воздействия и числу событий на интервале. В ГОСТ 20444 речь идет о шуме транспортных потоков, а под событиями подразумеваются отдельные проезды единиц транспорта. Сам же алгоритм расчета никак не завязан именно на транспорт. Точно такой же расчет надо проводить, если на интервале оценки происходят любые события, для которых можно измерить уровни звукового воздействия и число событий за время оценки. Расчет на рисунке 13.

Рисунок 13. Расчет калькулятором 20444.

Результат 30,9±1,2 дБ. Он совпадает с двумя предыдущими.

Примечание 1. За события одной категорий приняты интервалы работы вентиляции, другой категории - интервалы паузы в работе вентиляции.

Примечание 2. Число событий каждой категории 7 выбрано так, чтобы целое число событий максимально соответствовало целому числу часов. Потому, что в этом калькуляторе предусмотрены только целочисленные значения числа проездов (событий) и часов интервала оценки. Полный цикл работы вентиляции 386,5+659=1045,5 с или 0,29 часа. Это 3,45 циклов за час. Ближайшие целые – 7 циклов и 2 часа.

Сравнение результатов.

Образовалось 2 группы результатов расчетов. По операциям ВЫРЕЗ и ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА результат 32 дБ, по вычислениям на калькуляторах 30,9 дБ. Разница не очень большая и не превышает расширенной неопределенности, но четкое деление на 2 группы заставляет искать причину различия. Вероятной причиной может быть то, что при операциях ВЫРЕЗ и ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА мы не делали привязки используемых интервалов к циклу работы вентиляции. А в расчеты калькуляторами привязка входила автоматически, т.к. обязательна для этих расчетов. Повторяем ВЫРЕЗ и ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА, обращая внимание не только на исключение помехи, но и на кратность рабочему циклу вентиляции.

На рисунке 14 показана измененная операция вырез. Начальный участок исключен не только до конца помехи, но и до начала очередного рабочего цикла. В свою очередь, результат после выреза взят не в конце измерения, а в конце очередного рабочего цикла, который отмечен на рисунке маркером.

Рисунок 14.Операция вырез с привязкой к рабочему циклу.

Он составил 30,8 дБ и стал равен результатам, полученным калькуляторами. Результат операции ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА, если этот интервал кратен рабочему циклу вентиляции, также равен 30,8 дБ, рисунок 15.

Рисунок 15. Операция параметры интервала с привязкой к рабочему циклу.

Теперь все результаты разных вариантов определения эквивалентного уровня звука одного и того же шума совпали. В итоговой таблице представлены результаты по всем вариантам.

Итоговая таблица:

Условия получения Значение Примечание
Измерено прибором 34,6±1,4 Полное время измерения, вклад помехи
Исключение помехи    
«ВЫРЕЗ» 32,0±1,4 Полное время измерения без помехи
«ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА» 32,0±1,4 Полное время измерения без помехи
Вычислено по циклам    
Виброакустический калькулятор 30,9±1,6  
Калькулятор 9612 30,8±2,1 + неопределенность установки микрофона
Калькулятор 20444 30,9±1,2  
Исключение помехи и учет цикла    
«ВЫРЕЗ» 30,8±1,4 Без помехи, кратно рабочему циклу.
«ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА» 30,8±1,4 Без помехи, кратно рабочему циклу.

Максимальный уровень звука.

Второй нормируемый параметр непостоянного шума, - максимальное значение уровня звука. В разных документах встречаются два определения максимального уровня звука. Как максимального показания прибора за время измерения и как уровня, превышенного 1% времени измерения. В действующих санитарных нормах оба определения приведены одновременно, как равноправные. Хронограмма позволяет сравнить их.

Рисунок 16. Значения максимального уровня звука, полученные по двум вариантам.

В окне инструмента ПАРАМЕТРЫ ИНТЕРВАЛА приведено максимальное показание прибора на выделенном интервале, 59,8 дБ. В окне инструмента СТАТИСТИКА для того же выделенного интервала приведено значение статистического максимума , т.е. уровня, превышенного 1% времени измерения, 36,0 дБ. Разница превышает 20 дБ, при этом одно значение с запасом соответствует норме, а другое гарантированно ее превышает. Результат экспертизы будет принципиально разным, в зависимости от выбранного варианта определения максимального уровня звука. Между ними неустранимое противоречие.

Комплектация прибора для мониторинга.

Для сравнения разных вариантов обработки в равных условиях была использована хронограмма измерения, полученная с помощью функции МОНИТОРИНГ прибора. Функция мониторинга есть во всех приборах серии АССИСТЕНТ, выпущенных после 01/02/2011. Она может быть добавлена в приборы, выпущенные ранее. Назначение функции – запись хронограммы или истории изменения всех параметров в ходе измерения. Включение мониторинга и установка его параметров описаны в РЭ прибора. Мониторинг работает, не оказывая влияние на обычное проведение измерений. Запись файла с хронограммами ведется на подключаемый к прибору флэш диск. Это дает возможность записывать с рекомендованным шагом 1 с все одновременно измеряемые прибором параметры на протяжении свыше 1000 часов измерений. Комплектная флэшка, подключенная к прибору, выступает за его габарит, создавая неудобство в работе. Тем самым ограничивается применение записи хронограмм. Но сегодня выбор флэшек большой и среди них достаточно моделей укороченного формата. Подключенная к прибору, такая флэшка не мешает работе с ним. Рисунок 17.

Рисунок 17. Укороченная флэшка, подключенная к прибору.

Программа МОНИТОРИНГ для ПК обеспечивает просмотр и обработку записанных хронограмм. Работа с программой МОНИТОРНГ описана в Руководстве пользователя. Последняя версия программы входит в обновление № 5, которое доступно для скачивания на нашем сайте.

Заключение.

Измерения для оценки одного и того же шума могут быть построены по-разному, но давать один и тот же результат. Важно лишь правильно учитывать особенности измеряемого шума, например, цикличность работы источника шума.

Помехи представляют главную опасность для получения правильного результата прямого измерения эквивалентного уровня звука интегрирующими приборами. Для приборов серии АССИСТЕНТ существуют как приборные, так и программные средства борьбы с влиянием помех. Таймеры позволяют снизить вероятность попадания помехи в результат. Если этого не удалось, режимы АРМ и МОНИТОРИНГ позволят обнаружить помехи, оценить их влияние на результат и, при необходимости, исключить это влияние.

К сожалению, в последние редакции документов 2013-2015 г. переносятся взятые из предыдущих редакций полувековой давности приближенные способы расчета по таблицам поправок. Кроме приблизительности результата, они не отвечают такому важному сегодня требованию, как прослеживание вклада неопределенностей входных данных в итоговый результат. Специализированные калькуляторы, проводящие расчет по точным формулам, свободны от указанных недостатков. Сегодня для большинства распространенных случаев имеются калькуляторы, реализующие расчеты по формулам из нормативной документации. С их помощью не только экономится время при расчете окончательного результата и неопределенности, но и появляются дополнительные возможности. Например выделения шума конкретного источника при разнице с фоновым шумом меньше 4 дБ. Калькуляторы находятся в свободном доступе и не привязаны к конкретной марке шумомера.

Двойное определение максимального уровня звука в действующих СН закладывает конфликт в оценку соответствия норме. В зависимости от используемого определения, разница максимального уровня звука одного и того же шума в номере гостиницы превысила 20 дБ.

С укороченной флэшкой фоновая запись хронограммы приборами АССИСТЕНТ необременительна с любой точки зрения. Просмотр и обработка хронограммы не обязательны для каждого измерения.

Если результат расчета по записям в рабочем журнале и обычным данным прибора устраивает, то работа с хронограммой не нужна. Но в случае, когда результат вызывает сомнения или до конфликта не устраивает заказчика, наличие хронограммы помогает:

  • проверить результат и исправить промахи, допущенные при измерении,
  • применить другие варианты расчета результата,
  • обосновать результаты перед заказчиком.

Сказанное в полной мере относится к измерению и расчету параметров вибрации.