Измеритель уровня звука: принцип работы и применение

Измеритель уровня звука: принцип работы, применение и выбор микрофона для точных акустических измерений. Узнайте о SPL метрах и конденсаторных микрофонах.

20 мин чтения

100%

Источник: Sound level meter — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Прибор для акустических измерений

Звукоуровнемер (также называемый измерителем уровня звукового давления (SPL)) используется для проведения акустических измерений. Как правило, это ручной прибор с микрофоном. Наиболее подходящим типом микрофона для звукоуровнемеров является конденсаторный микрофон, который сочетает в себе точность, стабильность и надежность. Диафрагма микрофона реагирует на изменения давления воздуха, вызванные звуковыми волнами. Именно поэтому прибор иногда называют измерителем уровня звукового давления (SPL). Это движение диафрагмы, то есть звуковое давление (единица измерения – паскаль, Па), преобразуется в электрический сигнал (единица измерения – вольт, В). При описании звука в терминах звукового давления обычно применяется логарифмическое преобразование, и вместо этого указывается уровень звукового давления в децибелах (дБ), где 0 дБ SPL соответствует 20 микропаскалям. Микрофон характеризуется значением напряжения, которое он выдает при воздействии известного, постоянного среднеквадратичного звукового давления. Это называется чувствительностью микрофона. Прибору необходимо знать чувствительность используемого микрофона. Используя эту информацию, прибор может точно преобразовывать электрический сигнал обратно в звуковое давление и отображать полученный уровень звукового давления (единица измерения – децибел, дБ). Звукоуровнемеры широко используются в исследованиях шумового загрязнения для количественной оценки различных видов шума, особенно промышленного, экологического, горнодобывающего и авиационного. Действующим международным стандартом, определяющим функциональность и характеристики звукоуровнемеров, является IEC 61672-1:2013. Однако показания звукоуровнемера не всегда хорошо коррелируют с воспринимаемой человеком громкостью, которую лучше измерять с помощью громкоуровнемера. Специфическая громкость представляет собой нелинейную компрессию и изменяется на определенных уровнях и частотах. Эти показатели также могут быть рассчитаны различными способами. Первый в мире ручной транзисторный звукоуровнемер был выпущен в 1960 году и разработан датской компанией Brüel & Kjær. В 1969 году группа исследователей из Калифорнийского университета основала компанию Pulsar Instruments Inc., которая стала первой компанией, отображающей время воздействия звука на шкале звукоуровнемера вместе с уровнем звука. Это было сделано для соответствия закону Уолша-Хили 1969 года, который требовал контроля шума на рабочих местах в США. В 1980 году британская компания Cirrus Research представила первый в мире портативный звукоуровнемер, обеспечивающий интегрированное измерение эквивалентного уровня звука (Leq) и уровня воздействия звука (SEL).

A sound level meter (also called sound pressure level meter (SPL)) is used for acoustic measurements. It is commonly a hand held instrument with a microphone. The best type of microphone for sound level meters is the condenser microphone, which combines precision with stability and reliability. The diaphragm of the microphone responds to changes in air pressure caused by sound waves. That is why the instrument is sometimes referred to as a sound pressure level meter (SPL). This movement of the diaphragm, i. e. the sound pressure (unit pascal, Pa), is converted into an electrical signal (unit volt, V). While describing sound in terms of sound pressure, a logarithmic conversion is usually applied and the sound pressure level is stated instead, in decibels (dB), with 0 dB SPL equal to 20 micropascals. A microphone is distinguishable by the voltage value produced when a known, constant root mean square sound pressure is applied. This is known as microphone sensitivity. The instrument needs to know the sensitivity of the particular microphone being used. Using this information, the instrument is able to accurately convert the electrical signal back to sound pressure, and display the resulting sound pressure level (unit decibel, dB). Sound level meters are commonly used in noise pollution studies for the quantification of different kinds of noise, especially for industrial, environmental, mining and aircraft noise. The current international standard that specifies sound level meter functionality and performances is the IEC 61672 1:2013. However, the reading from a sound level meter does not correlate well to human perceived loudness, which is better measured by a loudness meter. Specific loudness is a compressive nonlinearity and varies at certain levels and at certain frequencies. These metrics can also be calculated in a number of different ways. The world's first hand held and transistorized sound level meter, was released in 1960 and developed by the Danish company Brüel & Kjær. In 1969, a group of University researchers from California founded Pulsar Instruments Inc. which became the first company to display sound exposure times on the scale of a sound level meter, as well as the sound level. This was to comply with the 1969 Walsh Healey Act, which demanded that the noise in US workplaces should be controlled. In 1980, Britain's Cirrus Research introduced the world's first handheld sound level meter to provide integrated Leq and sound exposure level (SEL) measurements.

Типы

В стандарте IEC 61672-1 определены "три вида приборов для измерения звука". Это "обычный" измеритель уровня звука, интегрирующий усредняющий измеритель уровня звука и интегрирующий измеритель уровня звука. Стандартный звукоуровнемер можно назвать экспоненциально усредняющим, поскольку сигнал переменного тока от микрофона преобразуется в постоянный ток с помощью схемы среднеквадратичного значения (RMS), и, следовательно, он должен иметь постоянную времени интегрирования; сегодня это называется временным взвешиванием. Три из этих временных взвешиваний были международно стандартизированы: 'S' (1 с), первоначально называвшийся "Slow", 'F' (125 мс), первоначально называвшийся "Fast", и 'I' (35 мс), первоначально называвшийся "Impulse". Их названия были изменены в 1980-х годах для единообразия на всех языках. Временное взвешивание 'I' больше не включено в стандарт, поскольку оно имеет небольшую реальную корреляцию с импульсным характером шумовых событий. Выход RMS-схемы линейно зависит от напряжения и проходит через логарифмическую цепь для получения показаний, линейных в децибелах (дБ). Это 20 раз логарифм по основанию 10 от отношения данного среднеквадратичного звукового давления к опорному звуковому давлению. Среднеквадратичное звуковое давление определяется при стандартном частотном и временном взвешивании. Опорное давление установлено международным соглашением равным 20 микропаскалям для звука, распространяющегося в воздухе. Следовательно, децибел, в определенном смысле, не является единицей измерения, а просто безразмерным отношением; в данном случае – отношением двух давлений. Экспоненциально усредняющий звукоуровнемер, который дает мгновенную картину текущего уровня шума, имеет ограниченное применение для измерения риска повреждения слуха; обычно требуется интегрирующий или интегрирующий усредняющий измеритель. Интегрирующий измеритель просто интегрирует – или, другими словами, "суммирует" – частотно взвешенный шум для определения звуковой экспозиции, при этом используется метрика – давление в квадрате, умноженное на время, часто Па²·с, но также используется Па²·ч. Однако, поскольку единица звука исторически определялась в децибелах, экспозиция чаще всего выражается в терминах уровня звуковой экспозиции (SEL) – логарифмического преобразования звуковой экспозиции в децибелы.

The IEC 61672 1 specifies "three kinds of sound measuring instruments". They are the "conventional" sound level meter, the integrating averaging sound level meter, and the integrating sound level meter. The standard sound level meter can be called an exponentially averaging sound level meter as the AC signal from the microphone is converted to DC by a root mean square (RMS) circuit and thus it must have a time constant of integration; today referred to as the time weighting. Three of these time weightings have been internationally standardized, 'S' (1 s) originally called Slow, 'F' (125 ms) originally called Fast, and 'I' (35 ms) originally called Impulse. Their names were changed in the 1980s to be the same in any language. I time weighting is no longer in the body of the standard because it has little real correlation with the impulsive character of noise events. The output of the RMS circuit is linear in voltage and is passed through a logarithmic circuit to give a readout linear in decibels (dB). This is 20 times the base 10 logarithm of the ratio of given root mean square sound pressure to the reference sound pressure. Root mean square sound pressure being obtained with a standard frequency weighting and standard time weighting. The reference pressure is set by the International agreement to be 20 micropascals for airborne sound. It follows that the decibel is, in a sense, not a unit, it is simply a dimensionless ratio; in this case the ratio of two pressures. An exponentially averaging sound level meter, which gives a snapshot of the current noise level, is of limited use for hearing damage risk measurements; an integrating or integrating averaging meter is usually mandated. An integrating meter simply integrates—or in other words 'sums'—the frequency weighted noise to give sound exposure and the metric used is pressure squared times time, often Pa²·s, but Pa²·h is also used. However, because the unit of sound was historically described in decibels, the exposure is most often described in terms of sound exposure level (SEL), the logarithmic conversion of sound exposure into decibels.

Личный дозиметр шума

Распространенным вариантом звукоуровнемера является дозиметр шума (дозиметр в американском английском языке). Однако теперь он официально известен как персональный измеритель звукового воздействия (PSEM) и имеет собственный международный стандарт IEC 61252:1993. Дозиметр шума (американский) или дозиметр шума (британский) – это специализированный звукоуровнемер, предназначенный специально для измерения звукового воздействия на человека, интегрированного за определенный период времени; как правило, для соответствия требованиям охраны труда и техники безопасности, таким как стандарт Occupational Safety and Health (OSHA) 29 CFR 1910.95 Occupational Noise Exposure Standard или Директива ЕС 2003–10/EC. Обычно это прибор, предназначенный для ношения на теле, и поэтому к нему предъявляются менее строгие технические требования, поскольку прибор, носимый на теле, из-за присутствия тела имеет худшие общие акустические характеристики. PSEM выдает показания, основанные на звуковом воздействии, обычно в Па²·ч, а более старые «классические» дозиметры, использующие метрику «процентная доза», больше не применяются в большинстве стран. Проблема с «% дозой» заключается в том, что она привязана к политической ситуации, и любое устройство может устареть, если значение «100%» будет изменено местными законами. Традиционно дозиметры шума были относительно большими устройствами с микрофоном, расположенным рядом с ухом, и кабелем, соединяющим его с корпусом прибора, который обычно носился на поясе. Эти устройства имели ряд проблем, в основном связанных с надежностью кабеля и нарушением нормального рабочего режима пользователя из-за его наличия. В 1997 году, после получения гранта на исследования в Великобритании, был выдан патент ЕС на первое из ряда устройств, которые были настолько малы, что напоминали радиационный значок, и кабель не требовался, поскольку весь блок можно было установить рядом с ухом. Британская компания-разработчик и производитель Cirrus Research представила персональный дозиметр шума doseBadge, который стал первым в мире полностью беспроводным дозиметром шума. «Эти стандарты ANSI устанавливают допуски на производительность и точность в соответствии с тремя уровнями точности: типы 0, 1 и 2. Тип 0 используется в лабораториях, тип 1 – для прецизионных измерений в полевых условиях, а тип 2 – для измерений общего назначения. Для целей соответствия показания, полученные с помощью звукоуровнемера и дозиметра типа 2 по стандарту ANSI, считаются точными с точностью до ±2 дБА, в то время как прибор типа 1 имеет точность ±1 дБА. Прибор типа 2 является минимальным требованием OSHA для измерений шума и обычно достаточен для общих обследований шума. Для разработки экономически эффективных средств защиты от шума предпочтительнее использовать прибор типа 1. В необычных ситуациях измерения обратитесь к инструкциям производителя и соответствующим стандартам ANSI для получения рекомендаций по интерпретации точности прибора».

A common variant of the sound level meter is a noise dosemeter (dosimeter in American English). However, this is now formally known as a personal sound exposure meter (PSEM) and has its own international standard IEC 61252:1993. A noise dosimeter (American) or noise dosemeter (British) is a specialized sound level meter intended specifically to measure the noise exposure of a person integrated over a period of time; usually to comply with Health and Safety regulations such as the Occupational Safety and Health (OSHA) 29 CFR 1910.95 Occupational Noise Exposure Standard or EU Directive 2003–10/EC. This is normally intended to be a body worn instrument and thus has a relaxed technical requirement, as a body worn instrument—because of the presence of the body—has a poorer overall acoustic performance. A PSEM gives a read out based on sound exposure, usually Pa²·h, and the older 'classic' dosimeters giving the metric of 'percentage dose' are no longer used in most countries. The problem with "%dose" is that it relates to the political situation and thus any device can become obsolete if the "100%" value is changed by local laws. Traditionally, noise dosemeters were relatively large devices with a microphone mounted near the ear and having a cable going to the instrument body, itself usually belt worn. These devices had several issues, mainly the reliability of the cable and the disturbance to the user's normal work mode, caused by the presence of the cable. In 1997 following a UK research grant an EU patent was issued for the first of a range of devices that were so small that they resembled a radiation badge and no cable was needed as the whole unit could be fitted near the ear. UK designer and manufacturer, Cirrus Research, introduced the doseBadge personal noise dosimeter, which was the world's first truly wireless noise dosimeter. "These ANSI standards set performance and accuracy tolerances according to three levels of precision: Types 0, 1, and 2. Type 0 is used in laboratories, Type 1 is used for precision measurements in the field, and Type 2 is used for general purpose measurements. For compliance purposes, readings with an ANSI Type 2 sound level meter and dosimeter are considered to have an accuracy of ±2 dBA, while a Type 1 instrument has an accuracy of ±1 dBA. A Type 2 meter is the minimum requirement by OSHA for noise measurements and is usually sufficient for general purpose noise surveys. The Type 1 meter is preferred for the design of cost effective noise controls. For unusual measurement situations, refer to the manufacturer's instructions and appropriate ANSI standards for guidance in interpreting instrument accuracy."

Измерения

Этикетки, используемые для описания значений уровня звука и шума, определены в стандарте IEC 61672-1:2013. Для этикеток первая буква всегда – L, что означает «Уровень», как в случае уровня звукового давления, измеряемого микрофоном, или уровня электронного сигнала, измеряемого на выходе аудиокомпонента, например, микшерского пульта. Результаты измерений зависят от частотного взвешивания (определяющего, как звукоуровнемер реагирует на различные звуковые частоты) и временного взвешивания (определяющего, как звукоуровнемер реагирует на изменения звукового давления во времени). Z-взвешивание представляет звуковое давление одинаково на всех частотах. A-взвешивание ослабляет низкие и высокие частоты и имеет небольшой подъем в среднем диапазоне, отражая чувствительность нормального человеческого слуха на низких (тихих) уровнях. C-взвешивание, более чувствительное к низким частотам, отражает то, что слышат люди при громком звуке (около 100 дБ SPL). Стандарт IEC 61672-1:2013 предписывает включение A-фильтра во все звукоуровнемеры, а также описывает частотные взвешивания C и Z (нулевое). Более старые частотные взвешивания B и D устарели и больше не описываются в стандарте. Почти во всех странах использование A-взвешивания обязательно для защиты работников от потери слуха, вызванной шумом. Кривая A-взвешивания была основана на исторических контурах равной громкости, и хотя, возможно, A-взвешивание больше не является идеальным частотным взвешиванием с чисто научной точки зрения, оно, тем не менее, является юридически обязательным стандартом для большинства измерений и имеет важное практическое преимущество: старые данные можно сравнивать с новыми измерениями. Именно поэтому A-взвешивание – единственное взвешивание, предписанное международным стандартом, а частотные взвешивания «C» и «Z» являются опциональными. Изначально A-взвешивание предназначалось только для тихих звуков в районе 40 дБ уровня звукового давления (SPL), но теперь оно обязательно для всех уровней. C-взвешивание, однако, все еще используется для измерения пикового значения шума в некоторых нормативных актах, в то время как B-взвешивание – промежуточное между «A» и «C» – практически не имеет практического применения. D-взвешивание было разработано для измерения шума самолетов с турбореактивными двигателями без форсажной камеры; после прекращения эксплуатации Concord все такие самолеты – военные. Для всех измерений шума гражданской авиации используется A-взвешивание, как это предписано стандартами ISO и ИКАО.

Labels used to describe sound and noise level values are defined in the IEC Standard 61672 1:2013 For labels, the first letter is always an L. This stands for Level, as in the sound pressure level measured through a microphone or the electronic signal level measured at the output from an audio component, such as a mixing desk. Measurement results depend on the frequency weighting (how the sound level meter responds to different sound frequencies), and time weighting (how the sound level meter reacts to changes in sound pressure with time) applied. Z weighting represents the sound pressure equally at all frequencies. A weighting, weights lower and higher frequencies much less, and has a slight boost in the mid range, representing the sensitivity of normal human hearing at low (quiet) levels. C Weighting, more sensitive to the lower frequencies, represents what humans hear when the sound is loud (near 100 dB SPL). The IEC 61672 1:2013 mandates the inclusion of an A weighting filter in all sound level meters, and also describes C and Z (zero) frequency weightings. The older B and D frequency weightings are now obsolete and are no longer described in the standard. In almost all countries, the use of A weighting is mandated to be used for the protection of workers against noise induced hearing loss. The A weighting curve was based on the historical equal loudness contours and while arguably A weighting is no longer the ideal frequency weighting on purely scientific grounds, it is nonetheless the legally required standard for almost all such measurements and has the huge practical advantage that old data can be compared with new measurements. It is for these reasons that A weighting is the only weighting mandated by the international standard, the frequency weightings 'C' and 'Z' being options. Originally, the A weighting was only meant for quiet sounds in the region of 40 dB sound pressure level (SPL), but is now mandated for all levels. C weighting is however still used in the measurement of the peak value of a noise in some legislation, but B weighting – a halfway house between 'A' and 'C' has almost no practical use. D weighting was designed for use in measuring aircraft noise when non bypass jets were being measured; after the demise of Concord, these are all military types. For all civil aircraft noise measurements, A weighting is used, as is mandated by the ISO and ICAO standards.

Временная перевеска

Если третья буква – F, S или I, это обозначает временную характеристику, где F – быстрое, S – медленное, I – импульсное взвешивание. Временная характеристика применяется для облегчения считывания измеренных уровней на шумомере. Временное взвешивание сглаживает резкие изменения уровня, создавая более стабильное отображение. График иллюстрирует принцип ее работы. В данном примере входной сигнал внезапно возрастает с 50 дБ до 80 дБ, удерживается на этом уровне в течение 6 секунд, а затем резко возвращается к исходному. Медленное измерение (желтая линия) займет около 5 секунд (время нарастания) для достижения 80 дБ и примерно 6 секунд (время спада) для возврата к 50 дБ. Характеристика S подходит для измерения сигналов с большими колебаниями. Быстрое измерение (зеленая линия) реагирует быстрее: для достижения 80 дБ потребуется около 0,6 секунды, а для возврата к 50 дБ – менее 1 секунды. Характеристика F может быть предпочтительнее для менее импульсных сигналов. Выбор между быстрой и медленной характеристикой часто определяется требованиями стандарта или закона. Однако можно руководствоваться следующими рекомендациями: медленная характеристика обычно используется, когда показания при быстрой характеристике слишком сильно колеблются (более чем на 4 дБ), что затрудняет получение четкого значения. Современные цифровые дисплеи в значительной степени решают проблему колебаний аналоговых приборов, отображая максимальное среднеквадратичное значение за прошедшую секунду. Импульсное измерение (синяя линия) займет около 0,3 секунды для достижения 80 дБ и более 9 секунд для возврата к 50 дБ. Импульсная характеристика I применяется для измерения резких импульсных шумов, таких как фейерверки или выстрелы.

LAT или Leq: эквивалентный непрерывный уровень шума

eq = эквивалент. Эквивалентные значения – это форма временного взвешивания, которую легче воспринимать на дисплее, чем мгновенный уровень звука. Если посмотреть на графики уровня звука во времени, площадь под синей кривой представляет собой энергию. Горизонтальная красная линия, проведенная для отображения той же площади под синей кривой, дает нам LAeq. Это эквивалентное значение или среднее значение энергии на всем графике. LAeq не всегда является прямой линией. Если LAeq отображается как эквивалент от начала графика до каждой точки измерения, то график показан на втором рисунке. Уровень звукового воздействия в децибелах используется нечасто при измерении промышленного шума. Вместо этого используется значение, усредненное по времени. Это средний уровень звука во времени, или, как его обычно называют, «эквивалентный непрерывный уровень звука», который имеет формальный символ LAT, как описано в пункте 3.9 «Определения» IEC 61672-1, где приведены многие правильные формальные символы и их общепринятые сокращения. Они в основном соответствуют официальным определениям ISO в области акустики. Однако, в основном по историческим причинам, LAT обычно называют Leq. Формально, LAT равен 10-кратному логарифму по основанию 10 отношения среднеквадратичного значения А-взвешенного звукового давления за заданный интервал времени к опорному звуковому давлению, и постоянная времени в этом случае не используется. Для измерения LAT требуется интегрирующий усредняющий прибор, который, по сути, измеряет звуковое воздействие, делит его на время и затем вычисляет логарифм результата.

Короткий Leq

Важным вариантом общей LAT является "короткий Leq", при котором очень короткие значения Leq измеряются последовательно, например, с интервалом в 1/8 секунды, и каждое из них сохраняется в цифровой памяти. Эти элементы данных могут быть переданы в другое устройство или извлечены из памяти и преобразованы в практически любую стандартную метрику спустя длительное время после сбора данных. Это можно сделать с помощью специализированных программ или стандартных электронных таблиц. Преимущество короткого Leq заключается в том, что при изменении нормативных требований старые данные можно переобработать для проверки соответствия новым требованиям. Он также позволяет в некоторых случаях преобразовывать данные из одной метрики в другую. Сегодня почти все стационарные системы мониторинга шума в аэропортах, которые по сути являются сложными шумомерами, используют короткий Leq в качестве метрики, поскольку постоянный поток цифровых односекундных значений Leq может передаваться по телефонным линиям или через Интернет в центральный блок отображения и обработки. Короткий Leq является функцией большинства коммерческих интегрирующих шумомеров, хотя некоторые производители используют для него множество различных названий. Короткий Leq – это очень ценный метод хранения акустических данных; изначально разработанный французским Laboratoire National d'Essais (ref 1), он стал наиболее распространенным методом хранения и отображения реальной временной характеристики шума в профессиональных коммерческих шумомерах. Альтернативный метод, заключающийся в создании временной характеристики путем хранения и отображения выборочных значений экспоненциального уровня звука, отображает слишком много артефактов, создаваемых шумомером, чтобы быть столь же полезным, и такие выборочные данные сложно объединить для формирования общего набора данных. До 2003 года существовали отдельные стандарты для экспоненциальных и линейных интегрирующих шумомеров (IEC 60651 и IEC 60804 – оба сейчас отозваны), но с тех пор объединенный стандарт IEC 61672 описывает оба типа приборов. Чтобы короткий Leq был полезным, производитель должен гарантировать, что каждый отдельный элемент Leq полностью соответствует требованиям IEC 61672.

Lmax и Lmin

Если в метке (на этикетке) встречаются слова "max" или "min", это просто максимальное или минимальное значение, зафиксированное за определённый период времени.

LCpk: максимальный уровень звукового давления

Большинство национальных нормативных актов также требуют измерения абсолютного пикового значения для защиты слуха работников от внезапных больших скачков давления, используя частотную характеристику "C" или "Z". "Пиковый уровень звукового давления" не следует путать с "Максимальным уровнем звукового давления". "Максимальный уровень звукового давления" – это просто наивысшее среднеквадратичное (RMS) значение, которое показывает обычный шумомер за определенный период времени при заданном временном взвешивании (S, F или I), и может быть на несколько децибел ниже пикового значения. В Европейском Союзе максимально допустимое значение пикового уровня звукового давления составляет 140 дБ(C), что эквивалентно давлению 200 Па. Обозначение для максимального уровня звука, взвешенного по частоте A и времени S, – LASmax. Для пикового значения, взвешенного по частоте C, используется обозначение LCpk или LC,peak.

Октавные фильтры

IEC 61260 Изд. 1.0 (2014) Электроакустика – Фильтры октавных и дробно-октавных диапазонов частот
ANSI S1.11 2004 (R2009)

Дозиметры шума для персонала

IEC 61252, издание 1.1 (2002–03)
ANSI S1.25 1991 (Р2007)

Безопасность оборудования

IEC 61010-1, редакция 2.0 (2001–02)

Военные стандарты

Бойцы во всех родах войск вооруженных сил США подвержены риску нарушения слуха из-за постоянного или импульсного шума. Хотя использование двойной защиты слуха помогает предотвратить повреждение слуха, это может снизить эффективность, изолируя пользователя от окружающей обстановки. Солдату в защитных наушниках сложнее осознавать свои движения, что может выдать его присутствие противнику. Устройства защиты слуха (УЗС) также могут потребовать увеличения громкости для связи, сводя на нет их полезность. MIL STD 1474D. Первый военный стандарт (MIL STD) по звуку был опубликован в 1984 году и пересмотрен в 1997 году, став MIL STD 1474D. В 2015 году MIL STD 1474D эволюционировал в MIL STD 1474E, который, по состоянию на 2018 год, остаётся руководством при разработке и применении оборонного вооружения США. В этом стандарте Министерство обороны установило требования к постоянному шуму, импульсному шуму, акустической незаметности, авиационным и воздушным системам, а также к шуму на борту кораблей. Если не обозначено предупреждающими знаками, уровни постоянного и импульсного шума не должны превышать 85 децибел A-взвешенных (dBA) и 140 децибел (dBP) соответственно при использовании защиты. Стандарт устанавливает пределы акустического шума и определяет требования к испытаниям и методы измерений для проверки соответствия указанным пределам шума. Этот стандарт применяется к закупке и модернизации всех разрабатываемых или приобретаемых (не экспериментальных) систем, подсистем, оборудования и объектов, излучающих акустический шум. Стандарт предназначен для регулирования уровней шума, возникающих во всем диапазоне типичных условий эксплуатации. Стандарт включает два метода оценки импульсного шума и риска для слуха. Алгоритм оценки слуховой опасности для человека (AHAAH) – одномерный электроакустический аналог слуховой системы – разработал численные руководящие принципы MIL STD 1474E. Со временем утверждается, что предсказуемость этого алгоритма возросла до 95% точности. Исследователи Армейской исследовательской лаборатории США утверждают, что почти каждая ошибка приводила к завышению оценки риска. Для сравнения, MIL STD 147D считался верным в 38% случаев при использовании тех же данных. Некоторые предложения по дальнейшему развитию направлены на создание более удобного программного обеспечения, оптимизацию размещения микрофона при сборе данных, учет отсутствия мембранного рефлекса в популяциях и переоценку условий свободного поля при расчетах. Такие организации, как НАТО, Американский институт биологических наук и Национальный институт охраны труда, согласились, что эти предложения следует рассмотреть перед внедрением метрики. Этот общий вывод был сделан до разработки MIL STD 1474E. Настоящая процедура испытаний (TOP) описывает процедуры измерения уровней звука, передаваемого по воздуху в разрабатываемых и серийных образцах, для оценки безопасности персонала, разборчивости речи, защиты от акустического обнаружения и распознавания, а также для снижения шумового воздействия на окружающую среду. Она охватывает испытания на постоянный шум от военной техники и общего оборудования, а также на импульсный шум от систем вооружения и взрывчатых веществ.

Combatants in every branch of the United States' military are at risk for auditory impairments from steady state or impulse noises. While applying double hearing protection helps prevent auditory damage, it may compromise effectiveness by isolating the user from his or her environment. With hearing protection on, a soldier is less likely to be aware of his or her movements, alerting the enemy to their presence. Hearing protection devices (HPD) could also require higher volume levels for communication, negating their purpose. MIL STD 1474D The first military standard (MIL STD) on sound was published in 1984 and underwent revision in 1997 to become MIL STD 1474D. In 2015, MIL STD 1474D evolved to become MIL STD 1474E which, as of 2018, remains to be the guidelines for United States' military defense weaponry development and usage. In this standard, the Department of Defense established guidelines for steady state noise, impulse noise, aural non detectability, aircraft and aerial systems, and shipboard noise. Unless marked with warning signage, steady state and impulse noises are not to exceed 85 decibels A weighted (dBA) and, if wearing protection, 140 decibels (dBP) respectively. It establishes acoustical noise limits and prescribes testing requirements and measurement techniques for determining conformance to the noise limits specified herein. This standard applies to the acquisition and product improvement of all designed or purchased (non developmental items) systems, subsystems, equipment, and facilities that emit acoustic noise. This standard is intended to address noise levels emitted during the full range of typical operational conditions. This standard includes two methods for assessing the impulse noise and risk to hearing. The Auditory Hazard Assessment Algorithm for Humans (AHAAH), a one dimensional electro acoustic analog of the auditory system, produced MIL STD 1474E's numerical guidelines. Over time the predictability of this algorithm has been claimed to have increased to 95% accuracy. US Army Research Laboratory researchers state that almost every error resulted in overcalculation of risk. By comparison, the MIL STD 147D was deemed correct in 38% of cases with the same data. Some suggestions for further development focus on creating a more user friendly software, the placement of the microphone in data collection, the absence of the MEM reflex in populations, and the reevaluation of free field conditions in calculations. Agencies such as NATO, the American Institute of Biological Sciences, and the National Institute for Occupational Safety and Health agreed that these suggestions be attended to before the metric is implemented. This shared conclusion was made prior to the development of MIL STD 1474E. This Test Operations Procedure (TOP) describes procedures for measuring the sound levels transmitted through air of developmental and production materiel as a means of evaluating personnel safety, speech intelligibility, security from acoustic detection and recognition, and community annoyance. It covers tests for steady state noise from military vehicles and general equipment, and impulse noise from weapon systems and explosive ordnance materiel.

Утверждение образца и периодические испытания

Проблема при выборе звукоуровнемера заключается в том, "как удостовериться, что он соответствует заявленному стандарту?" Это сложный вопрос, и IEC 61672 часть 2 пытается ответить на него посредством концепции "одобрения типа". Производитель должен предоставлять приборы в национальную лабораторию, которая тестирует один из них, и в случае соответствия требованиям выдает официальный сертификат об одобрении типа. В Европе наиболее распространенным считается одобрение, полученное от PTB в Германии (Physikalisch Technische Bundesanstalt). Если производитель не может продемонстрировать хотя бы одну модель в своем ассортименте, имеющую такое одобрение, следует проявлять осторожность, однако стоимость этого одобрения препятствует тому, чтобы производитель одобрял весь свой модельный ряд. Недорогие звукоуровнемеры (стоимостью менее 200 долларов США) вряд ли будут иметь одобрение типа и могут выдавать некорректные результаты измерений. Даже самый точный одобренный звукоуровнемер необходимо регулярно проверять на чувствительность – то, что большинство людей неточно называют "калибровкой". Процедуры периодического тестирования определены в IEC 61672.3 2013. Для обеспечения точности периодических испытаний процедуры должны выполняться в лаборатории, способной предоставлять результаты, прослеживаемые до Международного сотрудничества по аккредитации лабораторий (ILAC) или других национальных организаций, входящих в ILAC. Для простой проверки уровня и частоты можно использовать устройства, состоящие из генератора с компьютерным управлением и дополнительных датчиков для коррекции влажности, температуры, напряжения питания и статического давления. Выходной сигнал генератора подается на преобразователь в полуволновой полости, в которую помещается микрофон звукоуровнемера. Генерируемый акустический уровень составляет 94 дБ, что эквивалентно 1 паскалю, и соответствует частоте 1 кГц, где все частотные характеристики имеют одинаковую чувствительность. Для полной проверки звукоуровнемера следует проводить периодическое тестирование, описанное в IEC 61672.3 2013. Эти тесты подвергают звукоуровнемер воздействию сигналов во всем частотном и динамическом диапазоне, обеспечивая соответствие ожидаемым параметрам, определенным в IEC 61672.1 2013.

A problem in selecting a sound level meter is "How do you know if it complies with its claimed standard?" This is a difficult question and IEC 61672 part 2 tries to answer this by the concept of "pattern approval". A manufacturer has to supply instruments to a national laboratory which tests one of them and if it meets its claims issue a formal Pattern Approval certificate. In Europe, the most common approval is often considered to be that from the PTB in Germany (Physikalisch Technische Bundesanstalt). If a manufacturer cannot show at least one model in his range that has such approval, it is reasonable to be wary, but the cost of this approval militates against any manufacturer having all his range approved. Inexpensive sound level meters (under $200) are unlikely to have a Pattern Approval and may produce incorrect measurement results. Even the most accurate approved sound level meter must be regularly checked for sensitivity—what most people loosely call 'calibration'. The procedures for periodic testing are defined within IEC61672.3 2013. To ensure accuracy in periodic testing, procedures should be carried out by a facility that can produce results traceable to International Laboratory Accreditation Cooperation, or other local International Laboratory Accreditation Cooperation signatories. For a simple single level and frequency check, units consisting of a computer controlled generator with additional sensors to correct for humidity, temperature, battery voltage and static pressure can be used. The output of the generator is fed to a transducer in a half inch cavity into which the sound level meter microphone is inserted. The acoustic level generated is 94 dB which is 1 pascal and is at a frequency of 1 kHz where all the frequency weightings have the same sensitivity. For a complete sound level meter check, periodic testing outlined in IEC61672.3 2013 should be carried out. These tests excite the sound level meter across the entire frequency and dynamic range ensuring compliance with expected design goals defined in IEC61672.1 2013.

ANSI/IEC: Атлантический разрыв

Измерители уровня звука также делятся на два типа в рамках "атлантического разделения". Измерители уровня звука, соответствующие спецификациям Американского национального института стандартов (ANSI), как правило, не могут одновременно соответствовать соответствующим спецификациям Международной электротехнической комиссии (IEC), поскольку стандарт ANSI описывает приборы, калиброванные для случайного (диффузного) звукового поля, то есть для звука, падающего со всех направлений, в то время как международные измерители калибруются для звука свободного поля, то есть для звука, приходящего из одного направления. Кроме того, американские дозиметры используют такой принцип: увеличение уровня на 5 дБ уменьшает допустимое время воздействия вдвое, в то время как во всем остальном мире увеличение уровня на 3 дБ уменьшает допустимое время воздействия вдвое. Метод удвоения при увеличении на 3 дБ называется правилом "равной энергии", и невозможно преобразовать данные, полученные по одному правилу, для использования с другим. Несмотря на эти различия, многие развивающиеся страны в своих национальных нормах ссылаются как на американские, так и на международные спецификации для одного и того же прибора. В связи с этим многие коммерческие PSEM имеют два канала с удвоением 3 и 5 дБ, а некоторые даже 4 дБ для ВВС США.

Акустика здания, звукоизоляция и время реверберации

Некоторые современные измерители уровня звука также могут включать в себя функции измерения времени реверберации (RT60) – показателя времени, необходимого для затухания звука в замкнутом пространстве после прекращения работы источника звука. Измерения могут выполняться с использованием методов импульсного отклика или прерывистого шума. Такие измерители уровня звука должны соответствовать последним стандартам измерений ISO 3382-2 и ASTM E2235-04. Для измерения акустики помещений требуется генератор сигнала, обеспечивающий розовый или белый шум через усилитель и всенаправленные громкоговорители. Фактически, всенаправленный громкоговоритель, или источник звука, должен обеспечивать равномерное распределение звука по всему помещению. Для получения точных результатов звук должен излучаться равномерно. Этого можно достичь, используя сферическое расположение, объединяющее 12 громкоговорителей в так называемой додекаэдрической конфигурации, как, например, источник звука Brüel & Kjær OmniPower Type 4292. Все громкоговорители должны быть соединены последовательно-параллельной схемой для обеспечения синфазного режима работы и согласования импеданса с усилителем. Измерения времени реверберации часто используются для расчета звукоизоляции стен и перегородок, а также для количественной оценки и подтверждения акустических характеристик здания.

Станции мониторинга шума

Некоторые приложения требуют возможности непрерывного мониторинга шума на постоянной или полупостоянной основе. Некоторые производители предлагают для этой цели постоянные и полупостоянные станции мониторинга шума. Такие станции мониторинга обычно базируются на звукоизмерителе и дополнены такими функциями, как дистанционная связь, GPS и метеостанции. Часто они также могут питаться от солнечной энергии. Области применения таких станций мониторинга включают мониторинг шума в аэропортах, на строительных площадках, в горнодобывающей промышленности, от транспортного потока, железнодорожного транспорта, в жилых районах, от ветряных электростанций, промышленных предприятий и т.д. Современные станции мониторинга также могут обеспечивать удаленную связь через сотовые модемы, сети WiFi или прямые LAN-кабели. Эти устройства позволяют получать мгновенные оповещения и уведомления по электронной почте и SMS при превышении заданного уровня децибел. Системы также могут удаленно отправлять отчеты по электронной почте ежедневно, еженедельно или ежемесячно. Часто также требуется публикация данных в режиме реального времени, которую можно обеспечить путем передачи данных на веб-сайт.

Приложения для смартфонов

Всеобъемлющее распространение смартфонов, их постоянное сетевое подключение, встроенные функции географической информационной системы и возможности взаимодействия с пользователем открывают прекрасную возможность революционизировать подход к шуму, его измерению и влиянию на слух и общее состояние здоровья. Возможность сбора и отображения данных о воздействии шума в реальном времени повышает осведомленность людей об окружающей их рабочей (и нерабочей) среде и позволяет принимать обоснованные решения об опасностях для слуха и общем благополучии. Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH) провел пилотное исследование для отбора и оценки функциональности и точности приложений для измерения звука на смартфонах в качестве первого шага в более масштабной работе по определению возможности использования этих приложений для проведения исследований по мониторингу шума на рабочих местах. Исследователи отметили, что использование смартфонов для сбора и документирования данных о воздействии шума сопряжено с рядом проблем, таких как вопросы конфиденциальности и сбора персональных данных, мотивация к участию в подобных исследованиях, поврежденные или некачественные данные, а также возможность хранения собранной информации. Исследователи пришли к выводу, что приложения для измерения звука на смартфонах могут расширить возможности работников и помочь им принимать взвешенные решения относительно условий их труда. Хотя большинство приложений для измерения звука на смартфонах недостаточно точны для проведения юридически значимых измерений, приложение NIOSH Sound Level Meter соответствует требованиям стандартов IEC 61672/ANSI S1.4 (Электроакустика. Измерители уровня звука. Часть 3. Периодические испытания). Использование откалиброванных микрофонов значительно повышает точность и надежность измерений шума на основе смартфонов. Для калибровки приложений для измерения уровня звука необходимо использовать акустический калибратор, а не полагаться на предустановленные профили. Данное исследование показало, что разрыв между профессиональными приборами и приложениями для смартфонов сокращается. Организация Healthy Hearing, специализирующаяся на здоровье слуха, представила обзор лучших приложений для измерения уровня звука на смартфонах: NIOSH Sound Level Meter, Decibel X и Too Noisy Pro.

The ubiquity of smartphones, their constant network connectivity, the built in geographic information system functionality and user interactivity features present a great opportunity to revolutionize the way we look at noise, its measurement, and its effects on hearing and overall health. The ability to acquire and display real time noise exposure data raises people's awareness about their work (and off work) environment and allows them to make informed decisions about hearing hazards and overall well being. The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) conducted a pilot study to select and characterize the functionality and accuracy of smartphone sound measurement applications (apps) as an initial step in a broader effort to determine whether these apps can be relied on to conduct participatory noise monitoring studies in the workplace. Researchers reported that challenges remain with using smartphones to collect and document noise exposure data due to encounters with privacy and collection of personal data, motivation to participate in such studies, corrupted or bad data, and the ability to store the data collected. Researchers concluded that smartphone sound apps can serve to empower workers and help them make educated decisions about their workplace environments. Although most smartphone sound measurement apps are not accurate enough to be used for legally required measurements, the NIOSH Sound Level Meter app met the requirements of IEC 61672/ANSI S1.4 Sound Level Meter Standards (Electroacoustics Sound Level Meters Part 3: Periodic Tests). Calibrated microphones greatly enhances the accuracy and precision of smartphone based noise measurements. To calibrate the sound level meter apps one must use an acoustical calibrator rather than relying on the pre defined profiles. This study indicated that the gap between professional instruments and smartphone based apps are narrowing. Healthy Hearing, an organization dedicated to hearing health, reported on the top smartphone sound level meter apps: NIOSH Sound Level Meter, Decibel X, and Too Noisy Pro.