karakteristike buke - tfzr buke.pdf• iako merni instrumenti mogu biti po prirodi veoma različiti...

Karakteristike buke

Tipovi buke

Merni instrumenti

Merni lanac

• Danas je u upotrebi veoma širok dijapazon mernih instrumenata namenjenih za merenje parametara buke u amplitudnom, vremenskom i frekvencijskom domenu.

• Iako merni instrumenti mogu biti po prirodi veoma različiti (analogni, digitalni ili zasnovani na softverskom rešenju), u suštini se svaki merni sistem sastoji iz nekoliko osnovnih karika prikazanih na narednoj slici.

Merni lanac

Osnovne karike mernog lanca

Osnovne karike mernog lanca

Rezultat merenja i analize buke može biti prikazan na samom displeju instrumenta ili nekom drugom izlaznom uređaju kao što je ploter ili štampač .

Merni lanac je pouzdan onoliko koliko je pouzdana njegova najslabija karika.

Ipak, najznačajniju kariku u mernom lancu čini pretvarač i od njegovog izbora u mnogome zavisi preciznost samog merenja.

Osnovne karike mernog lanca U zavisnosti od strukture, pre svega sistema za

analizu signala, svi tipovi instrumenata se mogu podeliti u tri velike grupe:

• instrumenti za određivanje ukupnog nivoa buke, gde sistem za analizu signala sadrži težinske krive i detektor signala,

• instrumenti za frekvencijsku analizu signala, gde sistem za analizu signala sadrži skup filtara sa filtriranje ulaznog signala i detektor signala, i

• kombinacija već navedenih tipova instrumenata.

Kondenzatorski mikrofon • Kondenzatorski mikrofon je danas prihvaćen kao

standardni akustički pretvarač za sva merenja buke zbog svojih stabilnih i pouzdanih karakteristika u širokom frekvencijskom području:

• Velika stabilnost u različtim mernim okruženjima. • Ravan frekvencijski odziv u širokom frekvencijskom

opsegu. • Mala izobličenja . • Veoma mali sopstveni šum . • Široki dinamički opseg . • Velika osetljivost .

Kondenzatorski mikrofon Kondenzatorski mikrofon konvertuje pramene

zvučnog pritiska u električni signal koji se zatim pojačava u pretpojačavaču.

Pretpojačavač mora uvek biti povezan veoma blizu mikrofona, jer je njegova osnovna namena da konvertuje veoma veliku ulaznu impedansu mikrofona u malu izlaznu impedansu, čime se omogućuje korišćenje dugih kablova i povezivanje sa instrumentima relativno male ulazne impedanse.

Kondenzatorski mikrofon • Membrana mikrofona se pomera pod

dejstvom sile izazvane zvučnim talasima, čime se menja kapacitivnost kondenzatora. Ukoliko se naelektrisanje kondenzatora održava konstantnim, promene rastojanja između membrane i nepokretne ploče, izazivaju promenu kapacitivnosti kondenzatora koja se konvertuje u promene napona na izlazu, prema jednačini:

d∆

QV dSε

∆ = ∆⋅

Kondenzatorski mikrofon Q - naelektrisanje nepokretne ploče u kulonima, [C], - - dielektrična konstanta vazdušnog sloja između

membrane i nepokretne ploče, S-površina membrane Osnovna karakteristika kondenzatorskih mikrofona je

njegova osetljivost određena na osnovu vrednosti izlaznog napona Vm u zavisnosti od zvučnog pritiska p, zvučnih talasa koji deluju na membranu.

ε

mVsp

=

Kondenzatorski mikrofon

Tipovi mikrofona

Izbor veličine mikrofona

"1 25.4 mm=


Različite veličine mikrofona imaju različite osetljivosti, odnosno, za istu pobudu (zvučni pritisak) daju različiti izlaz (napon električnog signala).

Mikrofoni većeg poprečnog preseka daju veći izlazni napon, i obrnuto mikrofoni manjeg poprečnog preseka daju manji izlazni napon.

S druge strane, frekvencijski opseg u kome mikrofon ima stabilne karakteristike, zavisi takođe od veličine mikrofona.

Mikrofoni manjeg poprečnog preseka imaju stabilne karakteristike u širem frekvencijskom opsegu. Danas se proizovode mikrofoni od

1 /2" sa istom osetljivošću od 50 m V /Pa kao i mikrofoni od 1" i prekrivaju ceo audio-frekvencijski opseg.


• Dinamički opseg mikrofona, određen kao opseg između praga izobličenja (nivo kada dolazi do izobličenja signala) i praga šuma (nivo kada električni šum utiče na merenje), zavisi od veličine mikrofona .

• Mikrofoni većeg poprečnog preseka imaju niži prag šuma, dok mikrofoni manjeg poprečnog preseka imaju veći prag izobličenja.

• Tako da za merenje nižih nivoa treba izabrati mikrofone većeg poprečnog preseka a za merenje viših nivoa – mikrofone manjeg poprečnog preseka.


Za merenje nižih nivoa treba izabrati mikrofone većeg poprečnog preseka a za merenje viših nivoa – mikrofone manjeg poprečnog preseka.

Izbor tipa mikrofona u odnosu na odziv u zvučnom polju

Pri izboru mikrofona treba voditi računa o njihovim karakteristikama i odzivu u različitim tipovima zvučnog polja. Unošenjem mikrofona remeti se zvučno polje. Na ilustraciji sa slike, prikazano je zvučno polje gde talasi dolaze samo iz jednog pravca. Zvučni pritisak bez mikrofona obeležen je sa Po· Kada se mikrofon unese u zvučno polje pritisak ispred mikrofona će porasti zbog refleksija od mikrofona. Izmereni pritisak, Pm, će se razlikovati od stvarnog, Po.

Frekvencijska analiza

Pojasna analiza

Idealni filtar

Realni filtar

• Za frekvencijsku analizu buke najčešće se koriste filtri sa procentualno konstatnom širinom propusnog opsega čija je širina jednaka širini oktave i 1/ 3 oktave – terce.

• Oktava je zvučni prostor između dve frekvencije, od kojih je viša dva puta veća od niže frekvencije,

f2 = 2f1

Tipovi pojasnih filtara

CPB filtri (filtri sa procentualno konstantnom širinom propusnog opsuga-Constant Percentage Bandwidth)

Tipovi CPB filtara

Standardizovane oktave i terce

lzbor širine propusnog opsega

• Selektivnost filtra zapravo upravlja rezolucijom doЬijene frekvencijske analize.

• Koriscenjem užeg propusnog opsega doЬijaju se detaljnije informacije о spektru.

• Širinu propusnog opsega filtra potrebno је izabrati tako da vazne frekvencijske komponente medusobno mogu jasno da se razlikuju.

• Sa druge strane, širina propusnog opsega filtra trebalo Ьi da bude dovoljno velika da Ьi se analiza izvršila и razumnom roku.

lzbor širine propusnog opsega • Detaljne (uskopojasne) analize, zahtevaju više

vremena za sprovodenje postupka analize. • Optimalni kompromis traži se u proizvodu

širine propusnog opsega i vremena potrebnog za izvođenje analize.

Metode frekvencijske analize • Instrumenti namenjeni za pojasnu frekvencijsku analizu

signala - frekvencijski analizatori bazirani su uglavnom na primeni dve osnovne metode analize:

• sekvencijalna ili serijska analiza i • paralelna analiza.

• Primenjuju se dve podgrupe serijske analize: analiza sa

filtrima koji imaju fiksnu centralnu frekvenciju ili analiza sa filtrima čija je centralna frekvencija promenljiva.

Serijska analiza, tip 1

Serijska analiza, tip 2

Paralelna analiza

Detektor signala • Poslednju kariku u mernom lancu, pre izlaznog sistema za

prikaz rezultata, predstavlja detektor signala čiji je osnovni zadatak da konvertuje vremenski promenljiv signal u jedan broj koji će biti prikazan na displeju instrumenta.

• Signal koji napušta filtarsku sekciju ili sekciju za frekvencijsku ponderaciju težinskim krivama, vodi se u detektor signala.

• Vremenski promenljiv signal na ulazu detektora, na izlazu detektora može se opisati korišćenjem različitih veličina: efektivne vrednosti (RMS), srednje vrednosti, trenutne vrednosti i vršne vrednosti (peak).

• Najčešće su u upotrebi efektivna vrednost i vršna vrednost.

Detektor signala

Zadatak detektora

TEŽINSKE KRIVE

• Merenje objektivne jačine zvuka svodi se na određivanje efektivne vrednosti zvučnog pritiska, pri čemu se koristi frekvencijska karakteristika koja je u celom frekvencijsko području ravna i koja ne unosi nikakve korekcije.

• Takva frekvencijska kriva naziva se linearna frekvencijska kriva i obeležava se ili sa "L“ ili sa "lin".

TEŽINSKE KRIVE • Potreba da se merenjem dođe do veličine koja

približno odgovara subjektivnom osećaju ljudskog uva dovela je do definisanja procedura za merenjem subjektivne jačine zvuka korišćenjem težinskih krivih.

• Kako i objektivni nivo i subjektivna jačina zvuka na 1 OOOHz imaju iste vrednosti na ovoj frekvenciji, to nije

potrebna korekcija. Međutim, imajući u vidu oblik izofonskih linija koje

definišu odnos objektivnog nivoa zvuka i subjektivne jačine na ostalim frekvencijama potrebno je izvršiti korekciju.

TEŽINSKE KRIVE

• Težinska kriva predstavlja frekvencijsku korekcionu karakteristiku koja daje pojedinim frekvencijama veći ili manji značaj, odnosno

• “težinu', usklađujući time reakciju instrumenta sa osetljivošću organa sluha na zvuk, odnosno sa izofonskim linijama.

TEŽINSKE KRIVE • Merenje subjektivne jačine zvuka u fonima podrazumeva

da instrument za svaku jačinu zvuka ima frekvencijsku karakteristiku izvrnute izofonske linije koja odgovara datoj jačini zvuka.

• Na taj način dobio bi se veoma složen instrument. Iz tih razloga, na osnovu preporuka Međunarodne organizacije za standardizaciju, standardizovane su tri težinske krive, ili korekcione karakteristike: "A", "B" i "C".

• Težinska kriva daje pojedinim frekvencijama ili opsezima frekvencija veći ili manji značaj, odnosno "težinu", usklađujući time dejstvo na čoveka sa osetljivošću organa sluha na zvuk.

TEŽINSKE KRIVE

• Standardizovane težinske krive dobijene su od izofonskih krivih invertovanjem oko frekvencije od 1000 Hz:

• težinska kriva "A" odgovara invertovanoj krivoj od 40 fona,

• težinska kriva "B" odgovara invertovanoj krivoj od 70 fona,

• težinska kriva "C" odgovara invertovanoj krivoj od 100 fona.

Efektivna vrednost-RMS

RMS detektor

Vremanska ponderaciona kriva

Vremenske težinske krive

Kalibracija mernog lanca

IZBOR MERNIH MESTA

• Kada se tretira izvor buke, u čijoj blizini nema reflektujućih predmeta osim površine zemlje, zvučno polje koje on generise naziva se slobodno zvučno polje.

• U ovom slučaju merač nivoa zvuka se usmerava direktno prema izvoru, drzeći ga na odstojanju za dužinu ruke, da Ьi se smanjio efekat refleksije od tela, i na visini od 1.5, da se smanji uticaj refleksije od tla.

IZBOR MERNIH MESTA

• Kod posebnih mernih zadataka ili posebnih uslova na terenu (zaklonjenost zidom, nagiЬ terena, veliko prigušenje tla) mikrofon se može postaviti na visini 4m od tla.

• Refleksije od operatora mogu da prouzrokuju značajne greške, pogotovo na visokim frekvencijama, i zbog toga, za preciznija merenja preporučuje se korišćenje produznih kaЬlova ili stalka na kome se montira merač nivoa zvuka ili mikrofon. Na taj nacin se povečava rastojanje od mikrofona do merača nivoa zvuka i operatora.

IZBOR MERNIH MESTA

• Refleksije od zgrada, kada se meri и njihovoj blizini, mogu takođe da prouzrokuju grešku.

• U tom slučaju mikrofon treba da bude udaljen najmanje Зm od zgrade, ukoliko zahtevi analize nе preciziraju drugačije rastojanje.

• Merenja uglavnom treba vršiti na mestima gde su osobe izložene buci, ali pri tome treba voditi računa da se ne bude suviše blizu izvora buke, posto tu zvučno polje nema karakter slobodnog zvučnog polja, već ćе uveliko zavisiti od fizičkog oblika izvora i mehanizma generisanja buke.

IZBOR MERNIH MESTA • Za sprovođenje objektivnih merenja, potrebno je

da rastojanje merne tačke do izvora bude dva do tri puta veće od najveće dimenzije izvora buke ili na rastojanju koje odgovara talasnoj dužini najniže frekvencije koja se meri, u zavisnosti od toga koje je od ova dva rastojanja veće.

• Kada se izvor buke nalazi u zatvorenom prostoru, karakter zvučnog polja zavisi od rastojanja od izvora

IZBOR MERNIH MESTA

• Oblast u neposrednoj blizini izvora buke naziva se blisko polje. Veličina ove oblasti određena je čevrtinom talasne dužine najveće talasne dužine emitovanog zvuka i u ovoj oblasti nivo buke drastično varira sa pramenom rastojanja (±10 dB, šrafirana oblast u blizini izvora na slici.

• U ovoj oblasti se ne preporučuje merenje, ukoliko to izričito nije zahtevano nekim standardom.

IZBOR MERNIH MESTA • Udaljavajući se od izvora, na rastojanjima koja su

veća od čevrtinom talasne dužine najveće talasne dužine emitovanog zvuka, dolazi se u oblast koja ima karakteristike slobodnog zvučnog polja.

• U ovoj oblasti dominara uticaj direktnih zvučnih talasa od izvora (zato se često oblast naziva - direktno zvučno polje) i važe sve zakonitosti slobodnog zvučnog polja (npr. nivo buke opada 6dB sa ·dupliranjem rastojanja od izvora).

• Uticaj reflektovanih talasa je zanemarljiv i u ovoj oblasti se preporučuje postavljanje mernog mikrofona ukoliko je cilj merenja određivanje nivoa buke koji emituje izvor buke.

IZBOR MERNIH MESTA • Daljim udaljavanjem od izvora ulazi se u oblast gde

dominantan uticaj imaju reflektovani talasi od reflektujućih površina. Ova oblast se naziva reverberaciono ili difuzno zvučno polje.

• Za merenje buke u cilju procene štetnog uticaja na čoveka, pri merenjima u prostorijama, merna tačka treba da bude udaljena 1 m od zidova i drugih reflektujućih predmeta.

• Mikrofon se postavlja na visini 1.2 + 1.5m iznad poda. Kada su vrata i prozori zatvoreni mikrofon se postavlja u sredini prostorije, a ako je prozor otvoren mikrofon se postavlja na rastojanju 1.5 m od otvorenog prozora.

Slide Number 1Karakteristike bukeKarakteristike bukeTipovi bukeTipovi bukeMerni instrumentiMerni instrumentiMerni lanacMerni lanacOsnovne karike mernog lancaOsnovne karike mernog lancaOsnovne karike mernog lancaOsnovne karike mernog lancaKondenzatorski mikrofonKondenzatorski mikrofonKondenzatorski mikrofonKondenzatorski mikrofonKondenzatorski mikrofonKondenzatorski mikrofonTipovi mikrofonaIzbor veličine mikrofonaIzbor veličine mikrofonaSlide Number 23Izbor veličine mikrofonaIzbor veličine mikrofonaIzbor tipa mikrofona u odnosu na odziv�u zvučnom poljuFrekvencijska analizaPojasna analizaIdealni filtarRealni filtarSlide Number 31Tipovi pojasnih filtaraCPB filtri (filtri sa procentualno konstantnom širinom propusnog opsuga-Constant Percentage Bandwidth)Tipovi CPB filtaraTipovi CPB filtaraTipovi CPB filtaraStandardizovane oktave i tercelzbor širine propusnog opsegalzbor širine propusnog opsegaMetode frekvencijske analizeSerijska analiza, tip 1Serijska analiza, tip 1Serijska analiza, tip 2Paralelna analizaDetektor signalaDetektor signalaZadatak detektoraTEŽINSKE KRIVETEŽINSKE KRIVETEŽINSKE KRIVETEŽINSKE KRIVETEŽINSKE KRIVEEfektivna vrednost-RMSRMS detektorVremanska ponderaciona krivaVremenske težinske kriveVremenske težinske kriveVremenske težinske kriveVremenske težinske kriveVremenske težinske kriveKalibracija mernog lancaIZBOR MERNIH MESTAIZBOR MERNIH MESTAIZBOR MERNIH MESTAIZBOR MERNIH MESTAIZBOR MERNIH MESTAIZBOR MERNIH MESTAIZBOR MERNIH MESTA

karakteristike buke - tfzr buke.pdf• iako merni instrumenti mogu biti po prirodi veoma različiti...

Documents