28 maj 2024 Pomiary wibroakustyczne
Wstęp
Poniższy artykuł stanowi drugą część serii poświęconej izolacyjności akustycznej. W pierwszej części poruszone zostały zagadnienia związane z aktami prawnymi i normami obowiązującymi podczas pomiarów i oceny izolacyjności akustycznej. W tej części skupimy się na pomiarach izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych dla przegród wewnętrznych.
Spis treści
- Opis procedury związanych z pomiarami terenowej izolacyjności akustycznej
- Izolacyjność od dźwięków powietrznych
- Pomiary terenowe izolacyjności akustycznej
- Postanowienia ogólne
- Ustalenie pomieszczenia nadawczego i odbiorczego
- Ustalenie punktów pomiarowych
- Źródło dźwięku
- Liczba punktów pomiarowych
- Liczba źródeł dźwięku
- Minimalne odległości dla punktów
- Miernik dźwięku
- Liczba punktów pomiarowych
- Minimalne odległości dla punktów
- Przykładowe rozlokowanie źródeł dźwięku
- Pomiar tła akustycznego
- Wymagana różnica w poziomie tła
- Poprawki związane z poziomem tła
- Procedura pomiarowa poziomu tła akustycznego
- Pomiary poziomu ciśnienia przy wyłączonym źródle dźwięku
- Punkty pomiarowe
- Źródło dźwięku
- Miernik dźwięku / mikrofon pomiarowy
- Pomiar
- Pomiar czasu pogłosu
- Liczba punktów pomiarowych
- Minimalne odległości od punktów
- Ustawienie źródła dźwięku
- Procedura pomiarowa
Opis procedury związanych
z pomiarami terenowej
izolacyjności akustycznej
Poniżej przedstawione zostały poszczególne kroki związane z terenowymi pomiarami i towarzyszącą im oceną izolacyjności akustycznej właściwej przybliżonej. Poszczególne elementy dotyczące pomiarów izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych, rejestrowanej dla przegród wewnętrznych budynku. Chociaż pomiary dla przegród zewnętrznych wykonywane są w podobny sposób, należy pamiętać, że w tym przypadku procedura pomiarowa opisana została w normie PN-EN ISO 140-7:2000 (aktualna norma PKN PN-EN ISO 16283-3:2016-04) i zawiera pewne różnice względem tej używanej podczas pomiarów izolacyjności przegród wewnętrznych.
Izolacyjność akustyczna powietrzna dla przegród zewnętrznych, podobnie jak izolacyjność od dźwięków uderzeniowych, opisana zostanie w ramach innego opracowania.
Dostęp do nich znajdzie się na: https://www.systemy-akustyczne.pl/blog.
W poniższych rozdziałach jako metodykę pomiarową wykorzystano normy pomiarowe z serii ISO 16283, które zaczną obowiązywać po wejściu w życie Rozporządzenia Ministra Rozwoju i Technologii z dnia 27 października 2023 r.Procedura oceny oraz dopuszczalne wartości zaczerpnięte zostały z najnowszej serii ISO 717 (ocena izolacyjności) i PN-B-02151-3:2015-10 ( dopuszczalne wartości) aby możliwe było porównanie wartości obliczone z wymaganiami.
Izolacyjność od
dźwięków powietrznych
Pomiary terenowe izolacyjności akustycznej
W ramach pomiaru izolacyjności akustycznej wykonywane są następujące pomiary:
- pomiar tła akustycznego w pomieszczeniu odbiorczym
- czas pogłosu w pomieszczeniu odbiorczym
- poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu nadawczym przy włączonym źródle dźwięku.
- poziom ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu odbiorczym przy włączonym źródle dźwięku.
Ustalenie pomieszczenia nadawczego i odbiorczego
Pomiary izolacyjności akustycznej należy rozpocząć od określenia, które z pomieszczeń rozdzielonych badaną przegrodą powinno być pomieszczeniem nadawczym, czyli tym w którym znajduje się źródło dźwięku, a które będzie pełniło funkcję pomieszczenia odbiorczego.
W ogólnym przypadku zaleca się by pomieszczenie o większej objętości było pomieszczeniem nadawczym. Wyjątek od tego stanowi sytuacja w której:
- jedno z pomieszczeń ma prostą geometrię np. prostopadłościan, podczas gdy geometria drugiego pomieszczenia jest skomplikowana. W takim wypadku pomieszczenie o prostej geometrii powinno być pomieszczeniem odbiorczym
- podczas pomiarów izolacyjności akustycznej stropów, jeżeli pomieszczeniem nadawczym ma być górne pomieszczenie, należy zadbać by odległość źródła była w wystarczającej odległości od podłogi, oraz aby drgania ze statywu nie przenosiły się na podłogę
Ustalenie punktów pomiarowych
Źródło dźwięku
Pomiary powinny zostać wykonane przynajmniej dla dwóch pozycji źródła. Zaleca się by pozycje źródła znajdowały się w narożnikach po drugiej stronie pomieszczenia (względem badanej przegrody).
W przypadku pomieszczenia przekraczających 50 metrów kwadratowych, zaleca się by źródło nie było umieszone w odległości większej niż 10 metrów od ściany badanej.
W przypadku specyficznych układów, w tym pomieszczeń częściowo podzielonych, mocno wytłumionych, przesuniętych względem siebie lub o skomplikowanej geometrii, może okazać się, żę wymagane będzie indywidualne dostosowanie pozycji źródła do wymagań pomieszczenia. W takich wypadkach należy zapoznać się ze wskazówkami przedstawionymi w normie ISO 16283-1. Przykładowe rozmieszczenia źródłem zostały przedstawione w dalszej części artykułu.
W ramach pomiarów możliwe jest wykorzystanie kilku źródeł dźwięku działających równocześnie lub jednego źródła przekładanego pomiędzy punktami pomiarowymi. W dalszej części opisywanej procedury, przyjęte zostało wykorzystanie jednego źródła dźwięku, przemieszczanego między punktami pomiarowymi.
Minimalne odległości dla punktów
Poszczególne pozycje źródła dźwięku powinny zostać zlokalizowane z zachowaniem:
- 0,5 m pomiędzy źródłem dźwięku a przegrodą pomieszczenia
- przynajmniej 0,7 a najlepiej 1,4 m pomiędzy poszczególnymi pozycjami źródła
Miernik dźwięku
Pomiary ciśnienia akustycznego mogą zostać zarejestrowane na 3 sposoby:
- stałe pozycje mikrofonu: miernik dźwięku umieszczany jest na standardowym statywie w określonych punktach pomiarowych
- mikrofonów przemieszczanych w sposób ciągły: miernik dźwięku montowany jest na specjalnym statywie z mechanicznie obracanym ramieniem
- mikrofonów przemieszczanego ręcznie: miernik dźwięku trzymany jest przez osobę przeprowadzającą pomiary, wykonującą określone w normie ścieżki
Opisana poniżej procedura odnosi się do wykorzystania stałych punktów pomiarowych, z miernikiem dźwięku umieszczonym na standardowym statywie.
Każdej pozycji źródła dźwięku, powinno odpowiadać 5 pozycji miernika dźwięku zarówno w pomieszczeniu nadawczym i odbiorczym. Możliwe jest wyznaczenie tych samych 5 punktów dla wszystkich pozycji źródła, należy jednak pamiętać o spełnieniu wymagań minimalnych odległości opisanych poniżej.
Minimalne odległości dla punktów
Punkty pomiarowe powinny zostać zlokalizowane w centralnej części pomieszczenia z zachowaniem:
- 0,7 m pomiędzy punktami pomiarowymi
- 0,5 m pomiędzy pozycjami mikrofonu, a przegrodą pomieszczenia
- 1 m między pozycją mikrofonu a źródłem dźwięku
Przykładowe rozlokowanie źródeł dźwięku
Poniżej przedstawione zostały przykładowe rozlokowania źródeł dźwięku. Odnoszą się one do pomiarów poziomych, czyli takich w których oba pomieszczenia znajdują się na wspólnej kondygnacji. Norma PN-EN ISO 16283-1:2024 zawiera również przykłady dla rozlokowania punktów źródła i miernika w pomiarach pionowych, tj. gdzie badana jest izolacyjność akustyczna stropu/podłogi.
Przykładowe rozlokowanie punktów pomiarowych, zostało zaczerpnięte z normy PN-EN ISO 16283-1:2024
Pomiar tła akustycznego
Pomiary tła akustycznego wykonywane są w pomieszczeniu odbiorczym. Ich celem jest określenie, czy występujący w pomieszczeniu hałas tła, będzie wypływał na rejestrowany w trakcie włączonego źródła poziom w pomieszczeniu odbiorczym. Należy zwrócić szczególną uwagę, by pomiar poziomu akustycznego tła odbywał się w tym samym zakresie częstotliwości co wykonywane pomiary izolacyjności. Należy tutaj porównać poziomy występujące w poszczególnych pasmach częstotliwościowych, a nie wynik jednoliczbowy sumujący wszystkie pasma.
Wymagana różnica w poziomie tła
W przypadku pomiarów, poziom rejestrowany przy wyłączonym źródle powinien być wyższy o 10 dB w każdym paśmie pomiarowym. W takim wypadku nie ma potrzeby uwzględnienia żadnej korekcji wyniku. W przypadku mniejszej różnicy, zaleca się użycie większego poziomu generowanego sygnału lub jeżeli nie jest to możliwe, zastosowanie poniższych poprawek
Poprawki związane z poziomem tła
Jeżeli różnica pomiędzy poziomem rejestrowanym w pomieszczeniu odbiorczym w trakcie pomiaru, a poziomem tła jest mniejsza niż 10 dB ale większa niż 6 dB, rejestrowany poziom należy skorygować zgodnie ze wzorem:
L - skorygowany poziom sygnału
Lsb - poziom sygnału w pom. odbiorczym i poziom tła akustycznego łącznie w dB
Lb - poziom tła akustycznego w dB
Jeżeli różnica wynosi 6 dB lub mniej należy zastosować poprawkę o wartości 1,3 dB. Poprawkę stosujemy jedynie dla pasm częstotliwościowych, w których różnica nie przekracza 6 dB. Informacja o zastosowaniu tej poprawki, powinna zostać jasno przedstawiona w raporcie końcowym.
Procedura pomiarowa poziomu tła akustycznego
Pomiar poziomy tła powinien odbyć się jedynie w pokoju odbiorczym. Należy zastosować te same punkty pomiarowe, których mikrofon będzie znajdował się w trakcie pomiarów izolacyjności akustycznej.
Pomiary wykonywane są w pasmach częstotliwościowych tercjowych lub oktawowych, w takim samym zakresie jak pomiary izolacyjności akustycznej.
Norma nie przewiduje czasu pomiaru tła. Próbka powinna być dostatecznie długa, tak by wychwycić reprezentacyjny okres czasu.
Zarejestrowane wyniki tła należy porównać z wartościami zarejestrowanymi podczas pomiaru izolacyjności akustycznej w pomieszczeniu odbiorczym. Należy pamiętać by porównać wszystkie wartości z poszczególnych pasm częstotliwościowych.
Program Noisetools - Wykres Poziomu ciśnienia akustycznego w pasmach ⅓ oktawowych
Podczas pomiarów poziomu tła należy zwrócić uwagę na wszelkie potencjalne źródła dźwięku. W tym wypadku korzystnym rozwiązaniem będzie zdalne sterowanie miernikiem z innego pokoju, tak by operator nie był sam potencjalnym źródłem hałasu. Z drugiej strony przywołanie operatora w pomieszczeniu odbiorczym, pozwala na lepsze kontrolowanie otoczenia i wykrycie potencjalnych chwilowych źródeł hałasu.
Pomiary poziomu ciśnienia
przy włączonym źródle dźwięku
Pomiary izolacyjności akustycznej sprowadzają się do rejestracji poziomu ciśnienia akustycznego w pomieszczeniu nadawczym i odbiorczym przy włączonym źródle dźwięku. Uśrednione wartości z poszczególnych punktów pomiarowych, pod odpowiedniej obróbce, będą wskazywać na wartość izolacyjności konkretnej przegrody lub jej elementu.
Standardowy zakres pomiarowy dla pasm tercjowych wynosi od 100 Hz do 3150 Hz. Jeżeli to wymagane zakres ten może zostać rozszerzony w zakresie wysokich częstotliwości o pasma 4000 Hz i 5000 Hz oraz w zakresie niskich częstotliwości o pasma 50 Hz, 63 Hz i 80 Hz. Należy pamiętać, że pomiar izolacyjności w zakresie niższych częstotliwości należy wykonywać w oparciu o dedykowaną metodykę niskoczęstotliwościowe opisaną w załączniku normy.
Punkty pomiarowe
Punkty należy przyjąć zgodnie z opisanym wcześniej podrozdziałem “Ustalenie punktów pomiarowych“.
Pomiar
W ramach pomiaru rejestrowany jest poziomu ciśnienia akustycznego osobno dla pomieszczenia odbiorczego i nadawczego w określonych punktach pomiarowych. Procedurę wykonuje się dla kolejnych konfiguracji źródło-mikrofon. Pomiary należy wykonać dla źródła i miernika dźwięku umieszczonych w pomieszczeniu nadawczym i dla źródła dźwięku umieszczonego w pomieszczeniu nadawczym i miernika dźwięku w pomieszczeniu odbiorczym.
W przypadku stosowania jednego źródła dźwięku, przemieszczanego między dwoma lub więcej pozycjami, norma PN-EN 16283-1 podaje by najpierw zlokalizować źródła w określonym punkcie, wykonać pomiary dla wszystkich punktów miernika dźwięku z pokoju nadawczego i odbiorczego. Taką procedurę należy powtórzyć dla następnych pozycji źródła.
Wartości ciśnienia akustycznego, w zależności od procedury powinny być rejestrowane dla pasm częstotliwościowych: tercjowych lub oktawowych.
Minimalny czas pomiaru przy włączonym źródle zależy od częstotliwości i wynosi odpowiednio:
- 15 sekund dla pasm 50 Hz - 80 Hz
- 6 sekund dla pasm 100 Hz - 400 Hz
- 4 sekundy dla pasm 500 Hz - 5000 Hz
W praktyce w przypadku procedury standardowej, nie obejmującej najniższego zakresu częstotliwości, przyjmuje się równy czas pomiary powyżej 6 sekund.
Operator wykonujący pomiary może przebywać w pomieszczeniu odbiorczym, należy jednak pamiętać by nie generował on dodatkowych hałasów. Pomiary powinny być wykonywane w możliwie równych warunkach, dlatego obecność operatora powinna być taka sama podczas wszystkich badań. Jeżeli operator znajduje się w pomieszczeniu odbiorczym, powinien on znajdować się tam podczas wszystkich pomiarów wykonywanych w tym pomieszczeniu, również podczas pomiaru tła akustycznego i czasu pogłosu. Ma to związek z utrzymaniem stałej chłonności akustycznej w pomieszczeniu.
W praktyce zaleca się zdalne zarządzanie źródłem dźwięku oraz miernikiem przy użyciu pilotów lub urządzeń mobilnych. Pod kątem źródła dźwięku pozwala to na oddalenie się od głośnego źródła chroniąc słuch, a w przypadku miernika pozwala zapobiec nieplanowanym zniekształceniom podczas włączania i wyłączania pomiaru.
Aplikacja dBActive do sterowania miernikami Cirrus przez urządzenia mobilne.
Pomiar czasu pogłosu
Pomiar czasu pogłosu ma na celu ustalenie niezbędnej poprawki wynikającej z tłumienia dźwięku w pomieszczeniu odbiorczym. Większość mierników dźwięku, posiada funkcję automatycznego obliczenia czasu pogłosu, ułatwiając całą procedurę pomiarową. Rejestracja czasu pogłosu wykonywana jest zgodnie z normą ISO 3382-2.
Moduł rozszerzający oprogramowanie NoiseTools o obliczanie czasu pogłosu metodą szumu przerywanego
Liczba punktów pomiarowych
Zaleca się by przy pomiarze wykorzystywać wymogi technicznej metody pomiarowej. Zakłada ona, że w pomieszczeniu odbiorczym powinno znajdować się 6 niezależnych kombinacji źródło-mikrofon. W tym założeniu możliwe są 2 konfiguracje:
- Wykorzystanie 1 pozycji źródła dźwięku i ustawienie 6 pozycji dla mikrofonu
- Wykorzystanie 2 pozycji źródła dźwięku i ustawienie 3 pozycji dla mikrofonu
Ze względu na często ograniczoną przestrzeń, zaleca się wykorzystanie 2 pozycji dla źródła. W pomieszczeniach małych możliwe jest wykorzystanie jednej pozycji źródła i ograniczenie liczby pozycji mikrofonów.
Minimalne odległości od punktów
Punkty pomiarowe powinny zostać zlokalizowane na całej powierzchni pomieszczenia z zachowaniem:
- 2 m pomiędzy punktami pomiarowymi
- 1 m pomiędzy punktami pomiarowymi a przegrodą pomieszczenia
Ustawienie źródła dźwięku
Nie ma żadnych konkretnych wymagań związanych z pozycją źródła. Możliwe jest ustawienia źródła zgodnie z normalną eksploatacją pomieszczenia, lub szczególnie w przypadku mniejszych pomieszczeń w jego narożniku.
Procedura pomiarowa
Norma określa dwie procedury pomiarowe:
- metodę szumu przerywanego, której założeniem jest zarejestrowanie czasu pogłosu, będącego odpowiedzią na wyłączenie źródła dźwięku. W takim pomiarze wykorzystywany jest szerokopasmowy sygnał szumu np. szum różowy
- metodę całkowania odpowiedzi impulsowej, obliczającej czas pogłosu na podstawie odpowiedzi impulsowej pomieszczenia. Odpowiedź częstotliwościową można mierzyć przy użyciu różnych bodźców m.in. silnego sugnału impulsowego np. wystrzał, sygnału przemiatanego częstotliwosciowe typu Chirp, sygnału MLS
Zakładając, że obliczenia czasu pogłosu wykonywane będą przez odpowiednie oprogramowanie, dobór metody należy wybrać na podstawie posiadanego źródła dźwięku. Poniżej przedstawiona została metoda z wykorzystaniem szumu przerywanego.
W kontekście pomiarów dużym ułatwieniem będzie wykorzystanie wbudowanych wzmacniacz dla źródła dźwięku generatorów sygnału szumowego.
Wzmacniacz Ntek AMG mini, wyposażony został w wbudowany generator szumu różowego i białego, oraz wejście liniowe na dowolny sygnał zewnętrzny. Pozwala to na wykorzystanie systemów ntek zarówno w metodzie szumu przerywanego jak i metodzie całkowania odpowiedzi impulsowej
Pomiary wykonywane są w pasmach częstotliwościowych, tercjowych lub oktawowych, w takim samym zakresie jak przy badaniach izolacyjności akustycznej. W przypadku metody szumu przerywanego wykorzystywany jest szerokopasmowy sygnał np. szum różowy. Wartość poziomu w poszczególnych pasmach częstotliwościowych powinna być wyższa o przynajmniej 35 dB (dla T20) i 45 dB (dla T30) od poziomu tła akustycznego.
Czas pogłosu określa się na podstawie spadku sygnału o 60 dB. Jednak ze względu na trudności w uzyskaniu warunków, gdzie sygnał pobudzający jest wyższy o 65 dB bywa problematyczne, powszechnie używa się wskaźnika T20 lub T30, odpowiadających spadkowi o 20 dB i o 30 dB. Na tej podstawie obliczany jest końcowy T60.
Źródło dźwięku należy włączyć, poczekać aż pole akustyczne osiągnie stan ustalony, a następnie wyłączyć źródło dźwięku i rejestrować spadek poziomu dźwięku w pomieszczeniu. Zaleca się by w celu uzyskania stanu ustalonego dla pola akustycznego, czas włączonego źródła wynosił przynajmniej połowę występującego w pomieszczeniu czasu pogłosu. W przypadku standardowych pomieszczeń kilkusekundowe pobudzenie powinno być wystarczające, natomiast przy bardzo dużych pomieszczeniach, czas ten może okazać się dłuższy.
Wyniki przeprowadzane w poszczególnych punktach pomiarowych należy uśrednić dla każdego pasma częstotliwościowego.
Na podstawie czasu pogłosu, należy określić parametr Równoważnej powierzchni pochłaniającej A. Należy ją wyznaczyć korzystając z poniższego wzoru:
V - objętość pomieszczenia odbiorczego w metrach sześciennych
T - czas pogłosu
Parametr Równoważnej powierzchni pochłaniającej A obliczany jest dla każdego pasma częstotliwościowego osobno, a następnie uwzględniany przy obliczaniu przybliżonej izolacyjności akustycznej właściwej.
Podsumowanie
Powyższa część opisywania normatywną metodykę pomiarową, stosowaną podczas pomiarów izolacyjności akustycznej od dźwięków powietrznych ścian wewnętrznych. W kolejnej serii przedstawiony został proces uśredniania wyników i poddania ich ocenie. Proces oceny pozwala na dopasowanie przeanalizować wyniki pod kątem wymaganych wartości izolacyjności akustycznej.