background image

1

LABORATORIUM 

Temat 5 (11): Ocena głośności pracy maszyn (diagnostyka akustyczna)

1. Wprowadzenie

Pracy  każdego  urządzenia  mechanicznego  towarzyszą  zjawiska  dynamiczne, 

które  utrudniają  wykorzystanie  pełnej  ich  mocy  a  w  przypadku  obrabiarek wysokich 
dokładności  obróbki.  Powodują  one  przyspieszone  zużycie  elementów  i  zespołów 
maszyn a także hałaśliwość ich pracy. Hałas w maszynach związany jest najczęściej z 
ruchem obrotowym lub posuwisto zwrotnym elementów. Poziom emitowanego hałasu 
może być miernikiem jakości i nowoczesności urządzeń mechanicznych.

Hałasem  nazywa  się  dźwięk  o  dowolnym  charakterze  akustycznym, 

niepożądany  w  danych  warunkach  i  oddziałujący  niekorzystnie  na  odczucia 
człowieka. Jest to więc nie tylko dźwięk utrudniający lub uniemożliwiający pracę bądź 
dokuczliwy  lub  szkodliwy,  lecz  także  każdy  dźwięk,  który  jest  nieprzyjemny  lub 
niepożądany. Dążenie do ograniczenia hałasu wynika więc z przesłanek:

· technicznych,
· fizjologicznych.

Hałas jest ściśle związany z przenoszeniem się drgań cząsteczek materii w materiałach 
stałych,  płynnych  i  gazowych.  Drgania  występujące w powietrzu można podzielić ze 
względu na pasma częstotliwości na:

· dźwięki słyszalne - 16 Hz do 20 000 Hz,
· infradźwięki  < 16 (30) Hz,
· ultradźwięki  >  20 kHz.

Drgania infra- i ultradźwiękowe oddziałują szkodliwie na cały organizm człowieka, tj. 
poszczególne organy, tkanki oraz system nerwowy, a tylko w nieznacznym stopniu na 
słuch. Dźwięki słyszalne działają głownie na narządy słuchu i system nerwowy. 

Podstawowymi  cechami  fizycznymi  hałasu  słyszalnego,  które  wpływają  na 

odczucia człowieka są: poziom, przebieg charakterystyki częstotliwościowej oraz czas 
trwania hałasu. Najmniej szkodliwe są hałasy o widmie jednostajnym, najbardziej zaś 
dźwięki  proste.  Większą  szkodliwość  hałasu  obserwuje  się  w  zakresie  częstotliwości 
dużych  niż  małych.  Czas  trwania  i  częstość  występowania  hałasu  są  istotne  ze 
względu na kumulowanie się szkodliwego oddziaływania w czasie. Najczęstsze ujemne
następstwa długo działającego hałasu na psychikę człowieka to: obniżenie sprawności 
umysłowej, zmęczenie  wyczerpanie  nerwowe,  stany  przygnębienia  i  depresji. 
Z  zaburzeń  somatycznych  należy  wymienić:  przyspieszenie  procesów  starzenia, 
głuchotę, zaburzenia równowagi i zawały serca. 

2. Wielkości opisujące energię akustyczną

Energia  pola  akustycznego  jest  określona  następującymi  wielkościami:  mocą 

akustyczną  L

N

,  natężeniem  dźwięku  L

I

lub  ciśnieniem  akustycznym  L

p

.  Moc 

akustyczna,  charakteryzująca  źródło  dźwięku,  określana  jest  ilością  energii 
akustycznej  emitowanej  przez  źródło  w  jednostce  czasu.  Przez  natężenie  dźwięku 
rozumie  się  ilość  energii  akustycznej  przepływającej  w  jednostce  czasu  przez 

background image

2

jednostkę powierzchni. Natomiast Ciśnienie akustyczne jest różnicą między ciśnieniem 

danej 

chwili 

a  ciśnieniem  statycznym  ośrodka,  w  którym  rozchodzi  się  dźwięk.  Poziom  ciśnienia 
akustycznego jest najczęściej mierzoną wielkością pola akustycznego. Określanie tych 
wielkości  w  jednostkach  bezwzględnych  jest  niewygodne  z  uwagi  na  bardzo  dużą 
rozpiętość  mierzonych  wielkości.  Dlatego  w  akustyce  stosuje  się  logarytmy  tych 
wielkości  i  wynik  podaje  się  w  belach  lub  ich  dziesiątej  części  zwanej  decybelami 
(dB).  Decybel  nie  jest  więc  jednostką.  Wyraża  jedynie  pewien  sposób  prezentacji 
wyników  pomiaru  (pewien  sposób  liczenia).  Zależności  opisujące  poziomy  mocy 
akustycznej, ciśnienia akustycznego i natężenia dźwięku przedstawiają się następująco:
· poziom mocy akustycznej (w dB)

L

N

= 10 lg (N/N

o

);

przy czym: N

o

- wartość mocy odniesienia, 10

-12

W.

· poziom ciśnienia akustycznego (w dB)

L

p

= 20 lg (p/p

o

)

przy czym: p

o

- wartość ciśnienia odniesienia, 2*10

-5

Pa.

· poziom natężenia dźwięku (w dB)

L

I

= 10 lg (I/I

o

)

przy czym: I

o

- wartość natężenia odniesienia, 10

-12

W/m

2

.

W  ośrodku  powietrznym  poziom  ciśnienia  akustycznego  równa  się  liczbowo 
poziomowi natężenia dźwięku

3. Sonometr

Do  pomiaru  dźwięku  niezbędny  jest  mikrofon,  który  przetwarza  zmiany 

ciśnienia  powietrza  na  proporcjonalny  sygnał  elektryczny.  Sygnał  ten  jest  następnie 
wzmacniany  w  przedwzmacniaczu  i  kierowany  na  wyjście zmiennoprądowe  (np.  do 
oscyloskopu lub specjalnego analizatora) i wewnętrznego filtru korekcyjnego lub filtru 
zewnętrznego (p.rys.1). 

Zadaniem  filtrów  korekcyjnych  jest  dostosowanie  wskazań  miernika  do 

charakterystyki  ucha  ludzkiego,  tj.  spowodowanie,  aby wskazania  pokrywały  się  z 
wrażeniami słuchowymi a nie z rzeczywistością. Jednakowo głośne dźwięki o różnych 
częstotliwościach  ucho  ludzkie  odbiera  jako  dźwięki  o  różnym  natężeniu  hałasu. 

Rys.1. Schemat miernika hałasu

background image

3

Opracowane zostały cztery nieco różniące się charakterystyki tych filtrów A,B,C i D. 
Dla większości maszyn zalecane jest dokonywanie pomiarów z filtrem korekcyjnym A. 
Podaje  się  wówczas  wynik  pomiaru  w  formie  np.  60  dB(A),  jak  i opis osi wykresu -
poziom dźwięku L [dB(A)].

Analiza  sygnału  akustycznego  może  być  dokonywana  w  dziedzinie  czasu  lub 

częstotliwości.  Do  analizy  sygnału  akustycznego  służą  zewnętrzne  filtry  pasmowe, 
oktawowe  (stosunek  częstotliwości  środkowych  f

n

/f

n-1

=  2)  lub  tercjowe  (f

n

/f

n-1

1.26).
Aby  ze  złożonego  sygnału  wyznaczyć  wartość  skuteczną  sygnał  przechodzi  przez 
przetwornik RMS realizujący całkowanie

U

T

u t dt

RMS

T

=

ò

1

2

0

( )

Tak przetworzony sygnał może być już skierowany na wskaźnik pozwalający odczytać 
poziom dźwięku w dB.

4. Pomiary hałasu 

Metodyka  przeprowadzania  pomiaru  hałasu  zależy  w  dużej  mierze  od 

założonego  celu  przeprowadzanych  badań.  Celem  tym  może  być  np.  sprawdzenie 
cichobieżności  określonych  zespołów  maszyn,  jak  np.  silników,  reduktorów,  pomp, 
zasilaczy  hydraulicznych  itp.  dla  oceny  i  ewentualnej  poprawy  ich  własności 
akustycznych. Badania  te  wykonuje  się  najczęściej  na  specjalnych,  wydzielonych 
stanowiskach.  W  takich  przypadkach  nie  stosuje  się  w  zasadzie  znormalizowanych 
metod  badań  ani  z  góry  narzuconych  kryteriów  oceny.  Celem  badań  może  być  też 
poszukiwanie  zbyt  dużych  źródeł  hałasu.  Tutaj  również  metodyka  pomiarów  oraz 
kryteria oceny dobierane są według uznania eksperymentatora stosownie do specyfiki 
badanych zespołów.

Osobną  grupę  stanowią  badania  maszyn  nowych  lub  po  remoncie, a  także 

badania  okresowe  podczas  ich  eksploatacji.  Badania  te  wykonuje  się  zgodnie  ze 
znormalizowaną  metodyką,  stosując  zarówno  znormalizowane  kryteria  oceny  hałasu 
jak i kryteria porównawcze.

Dla  większości  maszyn  i  urządzeń  punkty  pomiarowe  wyznacza  się  na 

powierzchni prostopadłościanu zbudowanego w odległości 1m od obrysu maszyny, na 
wysokości  1,2m.  Przy  tworzeniu  tego  prostopadłościanu  należy  uwzględnić  tylko  te 
zespoły,  w  których  rozmieszczone  są  główne  źródła  hałasu.  Oddziaływanie  innych 
źródeł  hałasu  (tła)  można  całkowicie  pominąć,  gdy  ich  poziom  jest  niższy  od 
mierzonego o więcej niż 10 dB. 

Przy sporządzaniu protokółu z pomiarów należy sporządzić plan sytuacyjny tj. 

szkic  pomieszczenia,  w  którym  wykonywane  są  pomiary  oraz  usytuowanie  badanej 
maszyny  jak  i  urządzeń  znajdujących  się  w  jej  sąsiedztwie.  Sporządzenie  szkicu  jest 
niezbędne  w  przypadku  np.  potrzeby  późniejszego  analizowania wyników pomiarów 
lub  też  ich  powtórzenia.  Aby  objętość  pomieszczenia  nie  miała  wpływu  na  wyniki 
pomiarów  hałasu  powinna  być  ona  ponad  600  razy  większa  od  objętości  badanego 

background image

4

obiektu.  Dla  mniejszych  objętości  pomieszczenia  należy  liczyć  się  z  tym,  że  wyniki 
pomiarów wykonywanych w innych pomieszczeniach mogą różnić się między sobą.

Dla  oceny  jakości  maszyn  opracowane  zostały  wskaźniki,  ujęte  w 

odpowiednich  zaleceniach  i normach.  Najczęściej  jest  to  dopuszczalny  (ogólny) 
poziom  dźwięku  dla  danej  grupy  maszyn  oraz  rozkład  dopuszczalnych  wartości 
ciśnień  akustycznych  w  funkcji  częstotliwości. Przykładowo  dla  obrabiarek  jest  to 
norma  PN/M-55725.  Podaje  ona  dla  ustalonych  typów  i  wielkości  obrabiarek 
dopuszczalny  poziom  dźwięku  oraz  obowiązujące  Ograniczenie  Szumów  Obrabiarki 
OSO w  funkcji  częstotliwości.  Kształt  OSO  związany  jest  z  wrażliwością  naszego 
słuchu na tony niskie i wysokie. Ponieważ tony wysokie są bardziej szkodliwe, dlatego
też w zakresie wyższych częstotliwości ograniczenia są ostrzejsze.

4.1. Sprawdzenie poziomu dźwięku tła

Przed  rozpoczęciem  pomiarów  należy  sprawdzić  czy  warunki  panujące  w 

pomieszczeniu nie będą zakłócać wyników pomiarów, tj. czy poziom dźwięku tła jest 
niższy przynajmniej o 10dB od emitowanego przez obiekt badany. Jeżeli różnica jest 
mniejsza  to  wszystkie  wyniki  pomiarów  należy  pomniejszyć  o  1-2dB.  W  przypadku 
bardzo małej różnicy poniżej 4dB pomiary nie powinny być wykonywane, z uwagi na 
małą ich wiarygodność. 

4.2. Pomiary ogólnego poziomu dźwięku

Pomiary ogólnego poziomu dźwięku mogą być wykonywane bądź to dla jednych 

reprezentatywnych  warunków  pracy  maszyny  lub  też  dla  całego  spektrum  tych 
warunków. Zależy to od celu prowadzonych pomiarów. Jeżeli celem jest sprawdzenie 
zgodności z obowiązującymi normami czy zaleceniami to warunki pomiaru muszą być 
w  tych  dokumentach  zdefiniowane.  Jeśli  zaś  celem  badania  jest  ocena  jakości 
wykonania  lub  stanu  technicznego  zespołów  to  pomiary  wykonuje  w  różnych 
warunkach  ich  pracy,  co  ułatwia  wnioskowanie  o  ich  stanie  technicznym.  Punktem 
pomiarowym  jest  najczęściej  punkt  o  najwyższym  poziomie  dźwięku, lub  w  miejscu 
gdzie przebywa obsługujący maszynę.

4.3. Pomiary widma częstotliwościowego

Widmo  częstotliwościowe  otrzymuje  się  w  wyniku  przetwarzania  sygnału 

akustycznego  np.  z  pomocą  FFT  (szybkiej  transformaty  Fouriera)  lub  na  drodze 
wielokrotnych  pomiarów  hałasu  z  wykorzystaniem  filtrów  środkowo  –
przepustowych,  oktawowych  lub  tercjowych. Pozwala  ono  określić  jakiej 
częstotliwości  dźwięki  mają  dominujący  udział  w  ogólnym  poziomie  hałasu.  Można 
też na tej podstawie zlokalizować przypuszczalne źródła tych dźwięków. 

4.4. Ocena hałasu emitowanego przez poszczególne zespoły maszyny

Źródłami  hałasu  są  najczęściej  ruchome  elementy  maszyn,  przepływy  czynnika 

roboczego,  przepływ  powietrza  itp.  Jeżeli  badane  urządzenie  składa  się  z  kilku  lub 
większej  liczby  zespołów,  które  można  sekwencyjnie  dołączać  do  pracujących  już 
zespołów to możliwe jest oszacowanie hałasu dołączonego zespołu. Niezbędna jest do 

background image

5

tego  znajomość  przyrostu  poziomu  hałasu,  wywołanego  przyłączaniem  źródła  o 
nieznanym hałasie do źródła, którego hałas jest już znany.

Stwierdzenie  na  przykład,  że  przyłączenie  reduktora  do  pracującego  silnika 

spowodowało  zwiększenie  hałasu  Z  zmierzonego  dla  samego  silnika  o  wartość  D, 
pozwala  na  ocenę  hałasu  samego  reduktora.  Oceny  nieznanego  poziomu  hałasu  X 
zespołu  dołączanego  do  zespołu  o  znanym  hałasie  Z  dokonuje  się  w  oparciu  o 
zależność

X = Sum - P

gdzie:  Sum  =  sumaryczny  poziom  hałasu  zmierzony  po  dołączeniu  zespołu  o  nieznanym 

poziomie hałasu do zespołu, którego hałas można zmierzyć niezależnie.
P  - poprawka  zależna  od  przyrostu  poziomu  hałasu  D = Sum - Z, spowodowanego 
dołączeniem następnego zespołu o nieznanym poziomie hałasu X.

Dla znanego przyrostu D wartości poprawki P zawiera poniższa tabela:

P = f(D)

[dB]

1,0

1,5

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

P [dB]

6,9

5,4

4,4

3,0

2,2

1,7

1,3

1,0

0,8

0,6

0,0

5. Przebieg ćwiczenia.
1. Zestawić dane o badanym obiekcie i przyrządzie pomiarowym.
2. Wykonać szkic sytuacyjny i wyznaczyć punkty pomiarowe.
3. Zmierzyć poziom dźwięku tła.
4. Wykonać  pomiar  ogólnego  poziomu  hałasu  w  wybranym  punkcie pomiarowym 

w różnych warunkach pracy urządzenia.

5. Dla  maksymalnej  prędkości  obrotowej  wrzeciona  wyznaczyć,  w  tym  samym 

punkcie, poziomy ciśnień akustycznych z użyciem filtru oktawowego.

6. Oszacować hałas emitowany przez główne zespoły maszyny.

Poniżej załączono wzór sprawozdania

Opracował:
Wojciech Kwaśny

background image

6

SPRAWOZDANIE

Data lab.

Temat 5: Ocena głośności pracy maszyn

Imię i Nazwisko wykonującego pomiary ...............................................................

Rodzaj studiów .............................................Rok studiów................Grupa lab.........

1. Dane o obiekcie badanym

Typ

obrabiarki

Nr

fabryczny

Stan maszyny

(nowa, po remoncie)

Typ miernika

Filtr

korekcyjny

Liczba punktów 

pomiarowych

Data

pomiarów

A

2. Szkic sytuacyjny i rozmieszczenie punktów pomiarowych.

3. Sprawdzenie poziomu dźwięku tła

L

p(tła)

= ...........dB(A)

1m

1m

1m

1m

1.2m

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Wysokość pomieszczenia ..........m

background image

7

4. Pomiary ogólnego poziomu dźwięku dla różnych parametrów ruchowych

Poziom dźwieku w dB(A)

n

Np

75

70

65

60

85

80

Po

zi

om

w

ku

L

p

[d

B

(A

)]

parametry pracy (n lub p)

Dopuszczalny poziom dźwięku ....80dB(A)

Poziom tła                                 .........dB(A)

5 Pomiary widma w pasmach oktawowych

Poziom ciśnienia akustycznego

w dB

[Hz]

31.5

63

125

250 500

1000 2000 4000 8000 16000

OSO 75 dB

82

82

82

82

78

75

72

68

68

68

Pomiary

background image

8

6. Ocena hałasu emitowanego przez poszczególne zespoły maszyny

Nr 

pom.

Nazwa zespołu

Sum 

dB(A)

X

dB(A)

1

Silnik

-

2

Silnik

Reduktor

P.pasowa

3

Silnik

Reduktor

P.pasowa

wrzeciono

Uwaga:
W pomiarze nr 2 nieznanym hałasem X jest hałas reduktora i przekładni pasowej.
W pomiarze nr 3 nieznanym hałasem X jest hałas zespołu wrzeciona.

7. Wnioski z badań

Wnioski wynikające z przeprowadzonych badań powinny dotyczyć:

· poziomu tła (od którego zależy potrzeba wprowadzania poprawek korekcyjnych dla uzyskanych wyników),
· przekroczenia (lub nie) dopuszczalnego ogólnego poziomu hałasu,
· przekroczenia (lub nie) dopuszczalnej krzywej OSO,
· hałasu poszczególnych zespołów maszyny.