正確な騒音測定に最適な音圧レベル計の選び方

音圧レベルメーターを買うのは奇妙な経験です。十数の機器はほぼ同じに見え、狭い価格帯に収まり、すべてが「高い精度」を約束します。データが精査に耐えられるかどうかを実際に決定する違いは、製品写真ではほとんど目に見えません。それらは、マイクカプセル内、機器が承認された許容クラス内、機器が正確にカバーできる周波数範囲内、および測定終了後に返される情報内に存在します。

私たちは騒音と振動の測定チェーンを構築することに日々を費やしています。そのため、私たちの見解は現実的なものです。単一の最適な音圧レベルメーターは存在せず、機器と作業との間に最もよく適合するものがあるだけです。このガイドでは、これらの機器が実際に何を測定するのか、クラス 1 とクラス 2 の区別がどのように機能するか、手持ち式メーターでは十分ではなくなる時期、および実際に使用する前に注目すべき仕様について説明します。

音圧レベル計が実際に測定するもの

音は気圧の速くて小さな変動です。静かなオフィスの背景は空気を数分の 1 パスカル、通常の会話は数百パスカル、そして至近距離のジェット エンジンは数十 パスカルで変化します。その範囲は数百万対 1 に及ぶため、基準圧力 20 マイクロパスカル (µPa) を使用して、対数スケールであるデシベルに圧縮されます。これは、若くて健康な耳が感知できるほぼ最も静かな 1 kHz トーンです。

価格に関係なく、すべての音圧レベルメーターには同じ 4 つのブロックが含まれています。マイク カプセルは圧力を非常に小さな電圧に変換します。プリアンプはその電圧を緩衝し、ノイズを加えることなくケーブルを駆動します。変換および処理電子機器は、信号に周波数重み付けと時間重み付けを適用します。ディスプレイ、メモリ カード、またはネットワーク リンクによって、結果が機器から送信されます。安価なメーターと実験室チェーンの間で異なるのは、アーキテクチャではなく、各ブロックがどれだけ忠実に動作するか、および元の信号をどれだけ保持できるかです。

たった 1 つの数字を示すメーターには、あなたに代わって行われた多数の決定が隠されています。モデルを比較する前に、仕様書に記載されている用語を十分に理解しておくと役立ちます。

• SPL (dB re 20 µPa): 瞬間音圧レベル。人々が何かの大きさを尋ねるときに意味する数値。
• A 重み付け: 人間の聴覚を模倣する方法で低周波を減衰するフィルター。これは、ほぼすべての環境および職場の騒音制限の基礎となります。
• C 重み付けと Z (フラット): 重めの低周波成分が含まれており、まったく重み付けされていないため、ピークレベル、機器のテスト、および機器の意見をデータに焼き付けたくない分析に使用されます。
• 時間の重み付け: 表示レベルが変化する信号にどれだけ速く従うかを制御する、高速、低速、およびインパルス応答曲線。
• レック: 等価な連続レベル、指定された期間にわたるエネルギー平均、および変動源の単一の瞬間よりもはるかに優れた要約です。
• Lmax、Lmin、Lpeak: 極端な場合、ピークはディスプレイが追従できるよりもはるかに高速な検出器で測定されます。
• オクターブおよび第 3 オクターブ バンド: 周波数によって分割されたレベル。これは、音源を特定したり、結果をノイズ評価曲線と比較したりするために必要なものです。
• 統計レベル (L10、L50、L90): 測定期間の 10、50、および 90% でレベルを超えました。これは、交通および地域社会の騒音評価で広く使用されています。

そのリストの最初の項目のみを報告する手段は、スクリーニング ツールです。それらすべてを報告し、数日間稼働し続けるのに十分なメモリとバッテリ寿命を備えた機器は、監視機器です。 2 つのうちのどちらが実際に必要かを決めることが、最初の正直な購入決定です。

機器をジョブに適合させる

同じ測定原理がまったく異なるタスクに使用され、タスクによってハードウェアに異なる要求が課されます。購入の間違いのほとんどは、ある仕事には優れていても、実際に目の前にある仕事には不適切な機器を選択したことに起因します。

精度クラス: クラス 1、クラス 2、および実験室チェーン

IEC 61672-1 では、騒音計の 2 つの性能クラスが定義されています。クラス 1 機器は、クラス 2 機器よりも広い周波数範囲にわたってより厳しい許容差を保持する必要があり、両方のクラスは型式承認を通じて検証され、多くの国では個々の機器の定期検証によって検証されます。クラス 1 は、コンプライアンス報告、法的紛争、製品宣言など、結果が争われる可能性のある場合には通常期待されますが、クラス 2 は一般的な調査、スクリーニング、および内部チェックに適しています。

ただし、クラスラベルはメーターを説明します。それをどれだけ上手に使ったか、マイクがどのように取り付けられたか、当日測定チェーンが検証されたかどうかについては何も書かれていません。クラス 1 メーターを間違った場所に向け、微風の中でフロントガラスなしで使用すると、慎重に使用したクラス 2 メーターよりも悪いデータが生成されます。

3 番目のルート (ダイナミック シグナル アナライザーに信号を供給する測定マイク) は、ハンドヘルド クラス システムの完全に外側にあります。その精度は、カプセル、プリアンプ、ケーブル配線、デジタイザー、キャリブレーションなどのチェーン全体の特性です。それはあなたに自由を与えますが、トレーサビリティに対する責任はあなたにあることも意味します。

The Microphone Decides More Than the Meter Does

この記事からアイデアを 1 つ取り上げるなら、それは次のとおりです。ほとんどの実際の状況では、電子機器が制限するずっと前に、マイク カプセルとそのプリアンプが測定の品質を制限します。通常のデジタイザーの前によく適合したプリアンプを備えた高精度カプセルは、凡庸なカプセルによって供給される優れたデジタイザーよりも常に優れたパフォーマンスを発揮します。

測定用コンデンサーマイクが直径で指定されているのには理由があります。 0.5 インチのカプセルは感度と高周波の動作の間で適切な妥協点を提供しますが、1/4 インチのカプセルは感度を犠牲にして、よりワイドでフラットなレスポンスを実現し、高音レベルや狭い空間でのパフォーマンスを向上させます。自由音場、圧力、ランダム入射バージョンは、さまざまな音響環境を補正します。間違ったものを選択すると、高周波で数十分の 1 デシベルの誤差が発生します。これは、研究室間で結果を比較する場合に重要です。

Polarisation is the other decision.外部偏極マイクは別の 200 V 電源を必要とし、優れた長期安定性を実現します。事前分極 (CCP/IEPE) タイプは、単純な定電流電源で動作します。そのため、カプセル、プリアンプ、および電源配置が適合しているため、校正する感度が測定する感度と一致する、当社独自の音響コンデンサー マイク シリーズを含む最新のデータ収集ハードウェアと簡単に統合できます。

From Microphone to Data: What the Analyzer Adds

手持ち式メーターは意図的に情報を破棄します。それらのほとんどは時間に対してレベルを計算し、概要のみを保持します。ダイナミック シグナル アナライザーはその逆を行います。マイクからの生の校正済み波形を保存するため、その後のすべての質問 (バンド レベル、スペクトル、調性、衝動性、マシン速度との相関関係) に、再度サイトを訪問することなく同じ記録から回答できるようになります。

The requirements are simple to state.アナログ フロントエンドは、マイクに定電流電力 (通常は 18 ～ 24 ボルトで数ミリアンペア) を供給する必要があります。アナログ - デジタル コンバーターは、マイクと加速度センサー間の位相関係が維持されるように、すべてのチャネルで同時サンプリングを行う 24 ビットである必要があります。サンプリング レートは対象の最高周波数の 2 倍を超える必要があり、実際には、衝撃的なイベントをキャプチャしたり、波形を再生に再利用したりする場合は、それよりもかなり大きなマージンが必要になります。最大 256 kHz でサンプリングする ZTU8301C などの高速シングルチャンネル機器は、まさにマイクを完全な測定ステーションに変えるツールです。

ZT-U8301C 256 kHz シングルチャンネルダイナミックシグナルアナライザ 256 kHz サンプリング、IEPE 電源、およびマイクロフォンを測定ステーションに変えるアンチエイリアシング フィルタリングを備えた USB 24 ビット シングルチャネル アナライザ。 製品を見る→

どこまでが汎用機器でどこからが純正アナライザなのかがまだわからない場合は、この簡単な説明を参照してください。 ダイナミックシグナルアナライザは従来の計測器とどう違うのか is a useful place to start.

When One Microphone Is Not Enough

多くの騒音問題は、単一の点から解決することはできません。大型機械での音源の位置特定、車両周囲の音場のマッピング、通過騒音の測定、プラント周囲の複数の位置の監視はすべて、同時に記録された多数のチャンネルに依存します。有益な情報はチャネル間の差異にあるため、チャネル間の位相マッチングは絶対精度よりも重要になります。

ここで、チャネル数とデータ スループットがカプセル仕様から引き継がれます。 ZTG9232I などのカードベースのアナライザは、ギガビット イーサネット上でストリーミングされる 32 チャネルを備えており、構造全体の同期スナップショットを 1 回のパスで取得でき、同じハードウェアが音響アレイと通常それらに付随する加速度計チャネルの両方にサービスを提供できます。

ZT-G9232I 32 チャネル ギガビット イーサネット ダイナミック シグナル アナライザ マルチポイント振動およびノイズ監視における同期電圧、IEPE、ひずみ取得用の 32 チャンネル、24 ビット イーサネット アナライザ。 製品を見る→

マルチポイント作業の場合は、チャンネルの予算と同じくらい慎重にケーブル配線と録画時間の予算を立てます。高サンプリングレートでの 32 チャンネルのレコードは驚くほど早くストレージをいっぱいにし、多くの場合、生の帯域幅よりもレコーディングのトリガー、プリトリガー、セグメント化の機能の方が重要になります。

Calibration, Traceability, and Field Checks

すべての音響測定チェーンは変動するため、重要な結果はすべて擁護される必要があります。ルーチンは簡単です。測定の直前にマイクに音響校正器を適用し、測定直後に再度音響校正器を適用します。 2 つのチェックがわずかなマージン内で一致する場合、チェーンはその期間中安定していると見なされます。それらが一致しない場合、スペクトルがどれほどエレガントに見えても、それらの間のデータは疑わしいものになります。

フィールドキャリブレータは通常、取り付けられたマイクで 1 kHz で 94 dB および 114 dB を生成します。IEC 60942 で指定されたクラス 1 キャリブレータは、クラス 1 測定チェーンに適切です。毎日のチェックに加えて、測定結果のトレーサビリティが 3 年間静かに漂流していたデバイスに依存しないように、機器とマイクは検証のために定められた間隔で研究室に戻される必要があります。

• 環境修正。 温度、湿度、静圧はすべてカプセルの感度に影響し、最大の影響は快適な実験室ではなく動作範囲の極限で現れます。
• フロントガラス。 屋外ではフロントガラスが不可欠です。その挿入効果は小さいですがゼロではないため、結果がデシベルの何分の一かで報告される場合は考慮する必要があります。
• 背景ノイズ。 対象の音源が背景よりわずか数デシベル高い場合、測定レベルの一部は背景になります。標準的な方法では、差が小さい場合は補正を適用し、光源がバックグラウンドをほとんど超えない場合は測定値を破棄します。
• 取り付けと方向。 オペレーター、三脚、または地面からの反射は、機器自体の精度クラスを超える場合があります。

ハンドヘルドメーターまたは測定チェーン?意思決定の道筋

通常、3 つの質問に正直に答えると、選択は自動的に解決されます。正式な文脈でその数字を擁護する必要がありますか?単に数値化するのではなく、ソースを理解する必要がありますか?今から 6 か月後、このデータについて新たな質問をする人はいるでしょうか?

• 2 つまたは 3 つの「いいえ」の回答は、クラス 2 のハンドヘルド メーターを指し、慎重に使用され、校正器でチェックされています。
• 正式な防御可能性に関する「はい」は、ログと文書化された検証履歴を備えたクラス 1 機器を指します。
• ソースを理解した場合、または将来の再分析で「はい」と判断された場合は、生の信号が保存されているマイクとアナライザー チェーンを示します。

多くのチームは、迅速な調査のためのハンドヘルド メーターと、レポートを生成する測定のためのチャネル ベースのシステムの両方を使用することになります。作業が騒音と振動にまたがる場合は、その 2 つの側面が 1 つのアーキテクチャにどのように適合するかを検討する価値があります。 振動および動的試験システム 共有センサー、共有取得、共通分析環境を中心に構築されています。

購入前に確認すべき仕様

次のリストは、ブランドや価格帯を問わず、あらゆる候補機器に適用できるリストです。順番に作業を進めていくと、ほとんどの不適切なモデルは自動的に削除されます。

1. マイクの種類と直径。 カプセルが自由場、圧力、ランダム入射のいずれであるか、また事前分極されているか外部分極されているかを確認します。
2. 周波数範囲。 機器が単に数値を生成する範囲ではなく、記載された許容差が実際に適用される範囲を確認してください。
3. ダイナミックレンジとセルフノイズ。 ワイドレンジは、ボトムエンドが予想される最低レベルに対して本当に十分に静かである場合にのみ役立ちます。
4. 重み付けと時定数。 A、C、Z の重み付けと高速、低速、インパルスによって、標準ベースの作業の大部分がカバーされます。
5. データのロギングとメモリ。 機器が何日間の無人録音を保持できるか、およびデータの取得方法を決定します。
6. サンプリングレートとビット深度。 分析作業の場合は、すべてのチャネルにわたる 24 ビット変換と同時サンプリングを探してください。
7. 入力タイプとセンサー電力。 電圧、IEPE、および充電入力と、長いケーブルに適した定電流供給を備えているため、選択肢が広がります。
8. チャンネル数。 想像できる最小の測定値ではなく、現実的に予想される最大の測定値を求めて購入してください。
9. インターフェースと同期。 ポータブルな単体作業用の USB。恒久的な設置と複数ユニットの同期のためのイーサネット。
10. ソフトウェアと輸出。 独自のコンバータを使用せずに、レポート ワークフローで既に使用されている形式で結果をエクスポートできることを確認してください。
11. キャリブレーションパス。 カプセルが標準フィールド校正器で校正でき、実験室で検証できることを確認します。
12. 環境保護。 屋外および産業での使用には、満たす条件に適した定格のコネクタ、ハウジング、およびケーブルが必要です。

音圧測定で問題が発生する場所

サイトを何度も訪問すると、同じエラーが何度も何度も発生しますが、そのいずれも機器のクラスが間違っていることが原因ではありません。

• フロントガラスなしで簡単に測定すると、なぜ低周波レベルが膨らむのか不思議に思います。
• 音源とマイクの間に立って、音源ではなく反射を測定します。
• 背景よりわずか数デシベル上のレベルを記録し、それが単独の音源であるかのように報告します。
• A 加重データを使用して、A 加重によって強調されないよう設計された低周波数の問題を調査します。
• 単一の Leq 値では衝撃的ソースを説明できないことを忘れ、ピーク測定を完全に省略します。
• 調査の終了時ではなく開始時にキャリブレーションを行うため、その間の数時間はチェーンが検証されません。
• 概要レベルのみを記録し、後で興味深い質問には波形が必要であることが判明します。

これらの問題の多くが、より多くの費用をかけることではなく、データが何を答えるべきかを事前に決定することによって解決されているかに注目してください。 1 ページにわたる短い書面による測定計画で、ほとんどの事態を防ぐことができます。

騒音と振動を両立させる

実際には、音圧が単独で到達することはほとんどありません。騒音の大きい機械は通常振動もしているため、2 つの測定値は同じ質問の異なる部分に答えます。マイクはオペレーターが聞いた音をキャプチャします。加速度計と力センサーは、エネルギーがどこから来て、ノイズとして放射される前に構造内をどのように移動するかを明らかにします。

取得ハードウェアが共有されるため、ノイズ測定に振動チャネルを追加する限界コストは小さくなります。同じアナライザーがマイク、加速度計、フォース チャネルを同時に記録するため、オーダー トラッキング、モーダル解析、伝達経路の研究はすべて、単一セッションでキャプチャされたデータに対して実行されます。音響測定には校正証明書が必要ですが、振動チャネルには独自の校正ルートが必要であり、機械の動作を開始する前に両方を一緒に検証することで利点が得られます。

よくある質問

常にクラス 1 メーターの方が良い選択なのでしょうか?

自動的ではありません。クラス 1 では、より厳しい許容誤差とより広い検証周波数範囲が得られます。これは、結果を正式に擁護する必要がある場合に不可欠です。日常的なスクリーニングや内部比較では、慎重に使用されたクラス 2 機器が完全に実用的な数値を生成します。どちらのクラスも信頼できるものにするのは、校正規律と賢明な測定の実践です。

スマホアプリは音圧レベル計の代わりになるのでしょうか？

電話のマイクは、計測用ではなく、音声用に設計されています。周波数応答は不均一で、自動ゲイン制御がアクティブになっている可能性があり、絶対感度は追跡できません。電話アプリケーションは、その空間が騒がしいかどうかを大まかに示すのに役立ちます。また、レポートに書き留める必要のあるものがない場合にも役立ちます。

チェーンはどのくらいの頻度で校正する必要がありますか?

例外なく、毎回の測定セッションの前後にフィールドチェックを実施します。品質システムまたは規制に従って定められた間隔で、機器とカプセルを実験室で検証します。フィールド チェックが許容範囲を超えた場合は、セッション全体を疑わしいものとして扱います。

オクターブバンドデータは本当に必要ですか?

単に騒音の大きさではなく、騒音が何であるかを知る必要がある場合は、はい。単一の A 加重レベルでは、問題が音色、低周波数、または広帯域のいずれであるかについては何も言えず、それぞれのケースで緩和戦略は完全に異なります。帯域データは、ほとんどのノイズ評価スキームを中心に記述されるものでもあります。

良い音圧レベルメーターの価格はいくらですか?

価格はブランドではなく能力に応じて決定されます。スクリーニングメーター、クラス 1 ロギング機器、およびマルチチャネル分析チェーンは、明確に分けられた 3 つの予算枠に分類されます。決定要因は、どの枠が回答する必要がある質問に一致するかです。必要なクラスより 1 つ上のクラスを購入すると手頃な価格になります。 1 つ下のクラスを購入する場合は、通常、作業を繰り返すことになります。

最適な音圧レベルメーターを探すことは、実際には測定の意図に関する問題です。データが何を証明する必要があるか、どのくらいの期間保存する必要があるか、誰が再検査するかを決定すると、仕様書がはるかに読みやすくなります。最初にカプセルを選択し、次に変換電子機器を選択し、最後にエンクロージャを選択します。次に、生成される単一の数値を信頼する前にチェーン全体を校正します。この考え方は、橋、機械室、研究所、建設現場で私たちに役立ってきました。また、あなたにも役立つでしょう。