acustica1

CUPRINS

Partea I Noţiuni fundamentale asupra zgomotelor şi vibraţiilor .................. 7 Capîtofui 1 Definiţii, clasificare, mărimi caracteristice ale fenomenelor vibratorii .................. ................................................................. .............. 9 1.1 Definiţii ..................................... .................................................... 9 1.2 Clasificarea vibraţiilor ...................................................................... 9 1.3 Mărimi caracteristice aie vibraţiilor mecanice ............................... 11

Capitolul 2 Analiza în frecvenţă a zgomotelor şi vibraţiilor ................. .... .15 2.1 Generalităţi ................................................................................... 15 2.2 Serii Fourier ................................................................................. 17 2.3 Puterea semnalului semnalului ...................................................................... 18 2.4 Reprezentări spectrale ale funcţiilor periodice ............................. 19 2.5 Transformata Fourier aplicată funcţiilor neperiodice ..................... 20 2.6 Cazuri particulare de spectre .............................................. .........20 2.7 Funcţia de transfer ....................................................................... 24 Capitolul 3 Propagarea oscilaţiilor mecanice. Unde sonore ..................... .25 3.1 Generalităţi ............. .................................................................... 25 3.2 Caracteristici ale câmpului acustic ................................................ 26 3.3 Clasificarea şi propagarea undelor sonore ................................... 27 3.3.1 Unde plane progresive ........................................................ 28 3.3.2 Unde sferice progresive ....................................................... 29 3.3.3 Unde cilindrice progresive ................................................... 30 3.4 Scale pentru zgomot şi mărimi caracteristice caracteristice aie zgomotului ........ 31 3.5 Propagarea sunetului în atmosferă ...................................... ....... 33

Capitolul 4 Perceperea zgomotelor de către om ...................................... 35 4.1 Generalităţi ................................................................................... 35 4.2 Condiţiile în care omul poate să perceapă zgomotele .................. 35 4.3 Domenii de frecvenţe ................................................................... 35 4.4 Curbele de egală tărie sonoră ..................................................... 37 4.5 Variaţii semnificative ale nivelurilor subiective .............................. 38 4.6 Efectele zgomotului zgomotului asupra organismului uman ........................... 38 Capitolul 5 Expunerea organismului uman Sa vibraţii mecanice ..........

4

Controlul şi atenuarea zgomotelor şi vibraţiilor autovst

5.1 Generalităţi ........................... ................................................ ! 5.2 Modalităţi de investigare a efectelor vibraţiilor mecanice asupri organismuiui uman .......... ..... ........................................... 5.2.1 Măsurări directe ................................................ ..........

Modeie ale corpuiui omenesc 5.3 Mărimile vibraţiilor care afectează organismui uman ........... 5.4 Criterii ale expunerii omului la vibraţii .....................................

Capîtoiui 8 Aparate pentru măsurarea zgomotelor şl vibraţiilor.. 6.1 Aparate pentru pentru măsurarea măsurarea zgomotelor zgomotelor .................................. 6.1.1 Ponderarea în frecvenţă a zgomotului .......................... 6.1.2. Schema bloc a sistemului pentru măsurarea nivelului sonor ............................................ 6.1.3 Criterii de clasificare a sonometrelor............................. 6.1.4 Sonometrui analog - digital portabil ................... .......... 6.1.5 Calibrarea sonometrelor ............................................... 6.1.6 Microfonul Microfonul sonometrului sonometrului ....................... ...................... 6.2 Aparate pentru măsurarea vibraţiilor ...................................... ...................................... 6.2.1 Introducere Introducere .......................................... ...... ................ 6.2.2 Schema bloc a sistemului pentru măsurarea vibraţiilor mecanice 6.2.3 Traductoare pentru măsurarea vibraţiilor şi a şocurilor... 6.2.4 Caiibrarea sistemului pentru măsurarea vibraţiilor mecanice.. ..................................

Partea a li-a Nivelurile sonore ale autovehicuieîor. Zgomotul de rulare ........... .. ..... ........ .................... ......... ........... .............. .............. Capitolul 7 Nivelurile de zgomot ale autovehiculelor ....... ................... 7.1 Afectarea populaţiei populaţiei de către către zgomotul zgomotul produs de de traficul rutier . 7.2 Niveluri globale de zgomot ale autovehiculelor autovehiculelor ......................... 7.2.1 Niveluri globale de zgomot în interiorul autoturismelor ..... 7.2.2 Niveluri globale de zgomot la exteriorul autoturismelor şi autocamioanelor autocamioanelor.......... ............................................................. 7.2.3 Niveluri globale de zgomot ale autobuzelor urbane ......... 7.2.4 Factori principali care influenţează nivelul global de zgorr măsurat al autovehicuieîor autovehicuieîor .....................................................................

Cuprins

5

7.3 Principalei© Principalei© subsurse sonore ale unui autovehicul ...................... 84 7.3.1 Trecerea în revistă a principaieior subsurse sonore .......... ,..84 7.3.2 Clasificarea principaieior subsurse sonore aSe unui autovehicul .......... 85 7.3.3 Identificarea şi investigarea principalelor subsurse sonore ale unui autovehicul ........................................................................... 88 7.4 Analiza în 91 în frecvenţă a zgomotului zgomotului autovehiculul autovehiculului ui . ...................... 91 7.4.1 Importanţa analizei în frecvenţă a zgomotului autovehiculului . ..................................................................... 91 7.4.2 Exemple de spectre de frecvenţe ale zgomotului p rodus de autovehicule autovehicule ................................................................................. 91 7.5 Căi pentru reducerea zgomotului produs de traficul rutier ............ 92

Capitolul 8 Măsurarea zgomotului produs de autovehicule ...................... 95 8.1 Necesitatea introducerii unor normative pentru controlarea zgomotului autovehiculelor autovehiculelor ................................................................................... 95 8.2 Măsurarea nivelurilor globale de zgomot la exteriorul autovehiculelor ................................................. 96 8.2.1 Normative şi condiţii de lucru .................. ........................... 96 8.2.2 Măsurarea nivelului global de zgomot exterior în mişcare .... 97 8.2.3 Măsurarea nivelului globa! de zgomot exterior în staţionare 99 8.3 Măsurarea nivelului global de zgomot în interiorul interi orul autovehiculelor aut ovehiculelor .... ......................................................................................102 8.4 Măsurarea zgomotului de rulare produs de pneurile autovehiculelor în contact cu suprafaţa drumului .......................................................... 104 8.4.1 Măsurarea nivelului zgomotului de rulare prin metoda rulării libere conform Directivei Directivei 2001/43/CE .................................................. 104 8.4.2 Valorile Valorile admisibile ale nivelurilor nivelurilor de zgomot ................... . 107 8.4.3 Aplicaţii ale măsurării nivelului nivelului zgomotului zgomotului de rulare rulare a! pneurilor pneurilor autoturismelor prin metoda rulării libere ...................................... 108 8.4.4 Măsurarea zgomotului de rulare ai pneurilor prin tractarea unei 109 remorci, prin metoda rulării libere ............................................... 109 8.4.5 Măsurarea statistică a zgomotului autovehiculelor aflate în trafic 111 8.4.6 Metoda măsurării zgomotului de rulare în imediata apropiere a pneului ....................................................................................... 111 8.4.7 Metoda măsurării intensităţii zgomotului de rulare în imediata apropiere a pneului ..................................................................... 112 8.4.8 Măsurarea zgomotului de rulare în laborator ..................... 112

Capitolul 1

Definiţii, clasificare, mărimi caracteristice ale fenomenelor fenomenelor vibratorii 1.1 Definiţii

Prin vibraţie mecanică se înţeiege mişcarea unui punct materia! sau a unui sistem de puncte materiale, de o parte şi de alta a unei poziţii de echilibru. Vibraţia periodică este vibraţia care se repetă identic după un interval de timp numit perioadă. Vibraţia armonică este vibraţia care se desfăşoară după o lege matematică sinusoidală sau cosinusoidală. Vibraţia aleatorie este vibraţia care nu se desfăşoară după nici o lege matematică. Oscilaţia mecanică este o vibraţie care car e se desfăşoară cu frecvenţă mică sau foarte mică (de exemplu mişcarea masei suspendate a automobilului faţă de roţi sau faţă de punţi). Zgomotul este o perturbare fizică a unui mediu elastic, sub forma unei variaţii de presiune, care în anumite condiţii este percepută de către ureche. Sunetul (pur) este un zgomot armonic.

în general, zgomotul este un subprodus al activităţii umane şi, de aceea, trebuie eliminat sau, cel puţin, diminuat ca tărie. Autovehiculele în funcţionare constituie o sursă importantă de zgomot şi contribuie la poluarea fonică a mediului. 1.2 Clasificarea vibraţiilor

Funcţionarea autovehiculelor conduce la apariţia unei largi varietăţi de vibraţii, care se pot clasifica în câteva clase importante, după cum urmează: a) după posibilitatea de a fi exprimate prîntr -o lege matematică, vibraţiile sunt deterministe (pot fi exprimate printr- o lege matematică, de exemplu vibraţiile armonice) şi nedeterministe (sau aleatorii); reprezentările grafice ale unor astfel de vibraţii sunt redate în figurile 1.1 şi, respectiv, 1.4 [5]; b) după variaţia în timp a parametrilor, vibraţiile pot fi periodice (figurile 1.1 şi 1.2), cvasiperiodice (figu ra 1.3) şi neperiodice (figura 1.4); c) după ecuaţiile diferenţiale care caracterizează mişcarea sistemului, vibraţiile sunt liniare şi neliniare;

Partea i Noţiuni fundamentate asupra zgornoteíor şi vibraţiilor

10

Timp

Timp

Figura 1.1 Vibraţie determinista (armonică) [5]

Figura 1.2 Vibraţie periodică [5]

Timp

Timp

Figura 1.3 Vibraţie amortizată [5]

Figura 1.4 Vibraţie aleatorie [5]

d) după numărul de mase sau de puncte materiale ale căror mişcări trebuie studiate în timpul vibraţiei, se disting sisteme cu un număr finit de grade de libertate (ceea ce implică un număr finit de ecuaţii diferenţiale) şi sisteme cu un număr infinit de grade de libertate (funcţionarea lor fiind descrisă de un număr infinit de ecuaţii diferenţiale - sisteme continue); e) după traiectoria mişcării vibratorii există vibraţii de translaţie şi vibraţii de

rotaţie; f) după cauza care produce şi întreţine mişcarea, vibraţiile sunt libere (produse de un şoc sau de o deplasare iniţială), forţate (produse de o solicitate exterioară, periodică), parametrice (determinate de variaţia unui parametru al sistemului) şi autoexcitate (sub influenţa unei cauze interioare); g) după transferul de energie dintre sistemul vibratoriu şi mediul înconjurător , sistemele sunt conservative (energia vibraţiei se păstrează constantă şi, ca urmare, mişcarea vibratorie continuă la infinit - figura 1.1) şi disipative (energia vibraţiei se pierde treptat, transformându -se, de

11

Capitolul 1 Definiţii, clasificare, mărimi caracteristice ale fenomene lor vibratorii

obicei, în căldură); în sistemei© disipative mişcarea este amortizată - figura 1.3 (de exemplu sistemul de suspensie a automobilului).

1.3 Mărimi caracteristice ale vibraţsiior mecanice Studiul vibraţiilor şi zgomotelor necesită investigarea unor mărimi definitorii

ale acestor fenomene, cum ar fi frecvenţa, amplitudinea, variaţia în timp ş.a.

Pentru prezentarea unor mărimi definitorii ale vibraţiilor mecanice se utilizează cea mai simpiă vibraţie periodică şi anume cea armonică. Legea de variaţie în timp a unei astfel de vibraţii este:

unde: t - variabila timp [s]; T-

perioada mişcării [s]; co pulsaţia mişcării [s"!]; 0defazarea iniţială \rad\\ x

- deplasarea punctului material sau a sistemului la un moment dat

(elongaţie) [«]; x v - valoarea maximă a deplasării; mai poartă numele de „amplitudine"; / frecvenţa mişcării vibratorii.

,

Frecvenţa mişcării, exprimată prin numărul de perioade complete din unitatea de timp, se calculează cu relaţia: (1.2)

iar pulsaţia mişcării vibratorii co este dată de expresia: (1.3)

Variaţia în timp a deplasării unui punct material după o lege armonică este prezentată în figura 1.5 [1j. Mărimea unei vibraţii poate fi caracterizată prin deplasarea (x) a punctului materia! la un moment dat faţă de poziţia de echilibru sau, ca metode alternative, prin viteza (v) sau acceleraţia (a) a punctului material. Dacă mărimea vibraţiei este măsurată prin deplasare, atunci viteza şi acceleraţia se pot calcula prin derivare. Dacă se măsoară acceleraţia vibraţiei, ceilalţi parametri, viteza şi deplasarea, se calculează prin


12

integrare. Puiându- se măsura mărimea unei vibraţii prin mai mulţi parametri, se poate pune întrebarea care dintre cei trei este preferat? Decizia se ia în funcţie

de caracteristicile vibraţiei, de tipul traductoareior utilizate şi de erorile care pot însoţi operaţiunile de integrare sau de derivare. La autovehicule se preferă să se măsoare acceleraţia vibraţiilor, întrucât confortul pasagerilor depi nde de acest parametru, iar traductoareie care măsoară acceleraţia vibraţiilor au dimensiuni reduse şi sunt foarte rigide, putându -se utiliza într-un domeniu foarte larg de frecvenţe.

Figura 1.5 Reprezentarea în timp şi mărimile caracteristice ale deplasării vibraţiei armonice [1] în figura 1.5 mai apar următoareie mărimi caracteristice ale unei vibraţii armonice: xm - valoarea medie a deplasării vibraţi ei [mm]\ xef = x fiMS -

valoarea eficace a deplasării vibraţiei [mm] (RMS = Root Mean

Square).

Legea de evoluţie în timp a mişcării vibratorii prezentate în figura 1.5, considerând defazarea nulă, se scrie: (1.4) (1.5)

Capitolul 1 Definiţii, clasificare, mărimi caracteristice ale fenomene lor vibratorii

13

în relaţia (1.5) s-a utilizat notaţia v v pentru valoarea maximă a vitezei mişcării armonice, având formula: (1.7)

V,

S-a notat, în relaţia (1.6), cu av valoarea maximă a acceleraţiei mişcării vibratorii, care este dată de formula: av - co

1

(1.8)

• xv

Valoarea medie a deplasării vibraţiei este dată de relaţia: (1.9)

iar valoarea mărimii eficace este: (1.10)

Observaţie:

în relaţiite (1.9) şi (1.10) intervine perioada, prin urmare aceste relaţii se aplică fenomenelor periodice. Introducând expresia deplasării mişcării, dată de ecuaţia (1.3), în relaţiile

(1.9) şi (1.10) şi efectuând calculele matematice se obţine următoarea relaţie de legătură între parametrii mişcării armonice: (1.11)

în general, pentru o mişcare vibratorie periodică, relaţia de legătură dintre cei trei parametri se scrie: (1-12)

14


unde F f este numit factor de formă, iar F c este factor de creastă; în

particular, pentru vibraţia armonică, cei doi factori au vaiorile: (1.13)

Capitolul 2

Analiza în frecvenţă a zgomotelor şi vibraţiilor 2.1 Generalităţi Zgomotele şi vibraţiile generate de către autovehicule sunt fenomene complexe, alcătuite din numeroase fenomene armoni ce, fiecare astfel de semnal elementar intrând în compunere cu parametrii proprii (frecvenţă, amplitudine şi fază). în general, analiza unor fenomene vibratorii complexe nu se limitează la măsurarea unei mărimi globale (de obicei mărimea eficace), ci se co ntinuă în profunzime, în scopul determinării parametrilor definitorii ai semnalelor armonice constituente. O astfel de tehnică de investigare se numeşte analiză în frecvenţă a semnalului complex. Baza matematică a analizei în frecvenţă este transformata Fo urier. O analogie din fizică a analizei Fourier se referă la descompunerea în culori spectrale a luminii albe la trecerea printr- o prismă, figura 2.1 (după [18]). Analiza Fourier este echivalentul matematic al efectului prismei asupra luminii albe. Un fenomen armonic, având amplitudinea^, faza iniţială ^şi frecvenţa/

este reprezentat grafic în figura 2.2 în două moduri: a) în funcţie de timp şi b) printr-o pereche de vectori rotitori, fiecare având modulul egal cu jumătate din A. Unul dintre vectori se rote şte în sens antiorar, celălalt se roieşte în sens orar. Primul are frecvenţa de rotaţie/ iar cel de -a! doilea -f. Faza iniţială este respectiv ~
Legătura dintre cele două forme de reprezentare a funcţiilor armonice se regăseşte în exprimarea vectorială a acestor funcţii cu ajutorul uneia dintre relaţiile: (2.1)

şi (2.2)

unde argumentul 6 are forma: (2.3)

Observaţie: Suma vectorială a celor doi vectori rotitori este întotdeauna un număr real.


24

2.7 Funcţia de transfer Prin funcţia de transfer a unui sistem se înţelege raportui în compiex, în funcţie de frecvenţă, dintre semnalui de ieşire din sistem şi semnalui de intrare aplicat sistemului. Funcţia de transfer mai este întâlnită şi sub denumirea de răspuns în frecvenţă ai sistemului. Practi c, răspunsul în frecvenţă este dat de raportul spectrelor de frecvenţă al semnalului de ieşire şi al semnalului de intrare. (2.16)

unde H(f) este funcţia de transfer, Y(f) este spectrul de frecvenţe al semnalului de ieşire variabil în timp y(t), iar X(f) este spectrul de

frecvenţe al semnalului de intrare variabil în timp x(î). în figura 2.7 se prezintă, schematic, mărimile care intervin în studiul răspunsului în frecvenţă al unui sistem.

Figura 2.7 Mărimi care intervin în studiul răspunsului în frecvenţă [1] Spectrele de frecvenţă ale semnalelor de intrare şi de ieşire sunt date de relaţiile: (2.17)

(2.18)

Răspunsul unui sistem mecanic sub acţiunea unei perturbaţii aplicată la intrare (numită excitaţie) depinde de caracteristicile proprii ale sistemului, cum ar fi funcţia de răspuns în frecvenţă. în general, la intrarea unui sistem vibratoriu se aplică o forţă perturbatoare, iar răspunsul sistemului poate fi reprezentat prin forţă, acceleraţie, viteză, sau deplasare.

Capitolul 12

Propagarea oscilaţiilor mecanice. Unde sonore 3.1 Generalităţi Zgomotul reprezintă vibraţia mecanică a unui mediu elastic (solid, lichid sau gazos), prin care energia se transmite de ia sursă prin unde sonore progresive şi care poate fi recepţionată, în anumite condiţii, de către analizorul

auditiv, formând senzaţia de auz. Două condiţii esenţiale pentru perceperea zgomotului se referă ia existenţa sursei sonore şi a mediului elastic de propagare.

în generai, zgomotul este un subprodus al activităţii umane. Transmiterea vibraţiei (perturbaţiei) de la sursă către receptor se cheamă propagare, iar viteza cu care fenomenul ondulatoriu parcurge distan ţa dintre sursă şi receptor se numeşte viteză de propagare. Unda acustică reprezintă modul de propagare a energiei de la sursa de zgomot către receptor. Viteza de propagare a undelor sonore este mult mai mare decât viteza

vibraţiei sursei de zgomot. în figura 3.1 se prezintă modul în care se poate genera o undă sonoră ca urmare a vibraţiei armonice a unui piston, amplasat într -o zonă a unui cilindru deschis la ambele capete şi umplut cu aer. Deplasarea pistonului produce, succesiv, comprimarea şi destinderea straturilor de aer. Aceste modificări locale de presiune se transmit de-a lungul tubului cu viteza sunetului, sub

formă de fronturi de undă piane.

Figura 3.1 Transformarea vibraţiilor în unde (după [24])


13

Prin front de undă se înţelege suprafaţa formată din totalitatea punctelor ia

care ajunge mişcarea ondulatorie după aceiaşi inierva! de timp. Se face ipoteza că aerul este un mediu izotrop, omogen şi care nu prezintă zone de absorbţie locală. Distanţa dintre două fronturi de undă similare se numeşte iungime de undă, X. Timpul necesar undei să parcurgă o iungime de undă corespunde unei perioade de oscilaţie a pistonului, T. Legea de mişcare armonică a pistonului are forma: Legătura dintre lungimea de undă şi perioadă este dată de relaţia:

(3.1) unde c [m/s] este viteza de propagare a undei prin mediul eiastic. Viteza

sunetului în diferite medii, elastice este prezentată în tabeiu! 3.1 (după [43]). Tabelul 3.1 Viteza sunetului în diferite medii elastice (după [43]) Materia! sau mediu

Viteza sunetului [m/s]

Aer (105 Pa, 20°C)

343

Apă (10°C) Cauciuc (în funcţie de duritate)

1440

Aluminiu

5100

Oţel

5000

60-1500

Observaţie: cu cât mediul elastic are amortizare mai mare, cu atât viteza sunetului este mai mică. 3.2 Caracteristici ale câmpului acustic

Prin câmp acustic se înţelege mediu! elastic prin care se propagă energia acustică de ia sursă către receptor. Cea mai importantă caracteristică absolută a unei surse sonore este puterea sono ră. Puterea sonoră, P [W], este folosită pentru a da informaţii calitative, cantitative şi comparative despre una, două sau mai multe surse sonore. Densitatea de energie a unui câmp acustic, D [J/m3], este energia sonoră conţinută în unitatea de volum de m ediu acustic. Presiunea acustică, p [Pa], este presiunea exercitată de frontul de undă într -un

loc al câmpului acustic (în particular, în locul în care se află

Capitolul 3 Propagarea oscilaţiilor mecanice. Unde sonore 14

receptorul). Legătura dintre densitatea de energie şi presiunea acustică este dată de relaţia: (3-3) 3 p [kg/m ] este

unde pef [Pa] este presiunea acustică eficace, iar

densitatea mediului elastic.

Intensitatea acustică, / [W/m2], reprezintă cantitatea de energie sonoră care traversează unitatea de arie perpendiculară pe direcţia de propagare, în unitatea de timp. Mărimea depinde de tipul câmpului acustic - liber sau difuz. Câmpul difuz reprezintă câmpul acustic, de obicei închis, în care probabilitatea de reflexie a undeior sonore este egală în orice direcţie; acesta se mai numeşte şi câmp reverberant. Câmpul liber reprezintă câmpul acustic în care undele sonore se propagă de Sa sursă în linie dreaptă către receptor, fără a fi reflectate. Intensitatea acustică într -un câmp difuz este dată de iar intensitatea acustică într -un câmp liber este dată de relaţia: relaţia: (3.4) (3.5) Produsul p ■ c \rayl\ reprezintă impedanţa acustică a mediului. Caracteristicile zgomotului recepţionat într -un anumit punct al câmpului

acustic depind în mare măsură de puterea acustică a sursei, dar depind şi de mulţi alţi factori, cum ar fi poziţionarea receptorului faţă de sursa sonoră, absorbţia mediului acustic, neuniformităţile mediului, absenţa sau prezenţa vântului, gradienţii de temperatură şi umiditate, caracteristicile de reflexie, refracţie şi difracţie ale mediului respectiv, 3.3 Clasificarea şi propagarea undeîor sonore

Clasificarea undelor după tipul frontului de undă cuprinde unde piane progresive, unde sferice progresive şi unde cilindrice progresive. După tipul sursei acustice, există surse plane (care generează unde plane progresive), surse punctiforme (care generează unde sferice progresive) şi surse liniare (care generează unde cilindrice progresive). Sursa acustică punctiformă are dimensiuni caracteristi ce mult mai mici faţă de distanţa până ia receptor. Se pot considera drept surse punctiforme un avion în zbor


15

sau un automobil singular aflat în funcţionare. Sursa acustică liniară este o înşiruire de surse punctiforme. Se pot asimila drept surse liniare traficul intens de pe o şosea sau o garnitură de tren aflată în mişcare pe şine, faţă de care receptorul este poziţionat la o distanţă medie. 3.3.1 Unde piane progresive

O sursă plană generatoare de astfel de unde sonore este reprezentată de mişcarea armonică a pistonului într -un tub, figura 3.1. în exemplul considerat, undele plane progresive se formează dacă sunt îndeplinite următoarele ipoteze: cilindrul este infinit lung şi deschis ia ambele capete; aerul din interior este izotrop, omogen şi nu are amortizări (absorbţii) locale; mişcarea pistonului se face fără frecare. La momentul t există unde plane progresive pe toată lungimea tubului. Vitezele fronturilor de undă corespund vitezelor pistonului în momentul formării lor. Viteza pistonului corespun zătoare frontului de undă la momentul t şi !a poziţia x = 0 are forma: unde v max este valoarea maximă a vitezei pistonului, iar ca este pulsaţia vibraţiei pistonului. Viteza pistonului corespunzătoare frontului de undă ia momentul t şi la

întrucât mişcarea pistonului care a generat acest front de undă s -a efectuat mai devreme, decalarea în timp fiind:

Presiunea acustică pe frontul de undă ia momentul t şi la poziţia are expresia:

Valoarea maximă a presiunii acustice are expresia: poziţia x are forma: Observaţie: viteza frontului de undă şi presiunea acustică pe acel front de undă sunt în fază. în cazul în care se face ipoteza suplimentară că aria transversală a cilindrului este egală cu unitatea, atunci intensitatea acustică este egală


chiar cu puterea acustică a sursei şi este constantă pe toată lungimea tubului. (3.11)

I = P

Undele sonore plane progresive sunt foarte puţin întâlnite în activitatea industrială. 3.3.2 Unde sferice progresive

Se consideră o sursă sonoră punctiformă având puterea acustică P [W]. Presupunând că sursa sonoră are o mişcare vibratorie armonică, rezultă că zgomotul produs este armonic şi fronturile de undă sferice vor fi ech idistante, figura 3.2.

Figura 3.2 Propagarea undeior

sferice (după [24])

Legătura dintre puterea acustică, presiunea acustică eficace p ef de pe un anumit front de undă şi distanţa dintre sursa sonoră şi acel front de undă este dată de relaţiile:

Observaţie: din relaţiile (3.12) rezultă că presiunea acustică depinde invers proporţional cu distanţa până la sursa de zgomot. Densitatea de energie acustică este:

Când raza

devină plane,

r este

foarte mare, atunci fronturile de undă sferice tind să


17

în ipoteza că aerul nu are puncte de absorbţie (nu este mediu disipativ), întreaga putere acustică a sursei punctiforme trece prin orice suprafaţă sferică de rază r. în acest caz, intensitatea acustică are expresia:

Rezultă că intensitatea acustică / variază invers proporţional cu pătratul razei. 3.3.3 Unde cilindrice progresive

O sursă acustică iiniară generează unde cilindrice progresive, după cum se arată în figura 3.3. Fiecare sursă punctiformă aparţinând şirului care formează o sursă liniară acustică este caracterizată de aceeaşi putere unitară. Puterea acustică a sursei liniare se defineşte ca puterea unităţii de lungime a sursei acustice, P [W/m].

Sursă liniară având w puterea P [W/m]

Figura 3.3 Dispersia sunetului provenit de

ia o sursă liniară (după [24])

Suprafaţa 2A

Păstrând Ipotezele formulate în § 3.3.2, puterea acustică emisă de către o sursă liniară, având lungime unitară, trece prin orice suprafaţă cilindrică de lungime unitară situată la raza r faţă de sursa liniară. Prin urmare, intensitatea acustică are expresia:


Rezultă că intensitatea acustică a frontului cilindric de undă variază invers proporţional cu distanţa faţă de sursa acustică liniară. Făcând o comparaţie cu reiaţia (3.14), se constată faptul că, la aceeaşi distanţă r faţă de sursă, intensitatea sonoră a frontului cilindric este mai mare decât intensitatea acustică a frontului sferic. Prin urmare, sursele acustice liniare se atenuează mai greu cu distanţa în comparaţie cu sursele punctiforme de zgomot. 3,4 Scale pentru zgomot şi mărimi caracteristice ale zgomotului Teoretic, tăria sonoră într -un punct oarecare ai câmpuiui acustic se poate evaiua cantitativ prin măsurarea unuia dintr -o multitudine de parametri, printre care se amintesc deplasarea, viteza sau acceleraţia frontului de undă, intensitatea sonoră, presiunea acustică etc. în majoritatea cazurilor se preferă măsurarea presiunii acustice, întrucât microfonul este traductorul cei mai potrivit acestui scop, iar presiunea acustică este direct iegată de puterea acustică a sursei sonore. Unitatea de măsură pentru presiunea acustică p este [Pa] sau [N/m2]. Presiunea acustică minimă pe care o poate percepe omu! este Pmm ~ 6 20/iPa = 20-lO' Pa. Valoarea maximă a presiunii acustice pe care o poate suporta omul este pmax= 200 Pa. Raportul dintre cele două limite aie presiunii acustice are valoarea:

#

Având în vedere valoarea imensă a raportului pm Jpmim precum şi faptul că

perceperea tăriei zgomotului de către om nu se face în mod liniar, ci logaritmic.

cea mai convenabilă scală pentru reprezentarea presiunii acustice este cea logaritmică. Trecerea de la scala liniară ia cea îogaritmică se face prin intermediul relaţiei:

în care LP [dB] este nivelul de putere acustică, P [W ] este o putere acustică oarecare, PQ [W] este puterea acustică de referinţă, având valoarea P0 = IO' 12 W.

Puterea acustică variază direct proporţional cu pătratul presiunii acustice,

prin urmare reiaţia (3.17) se poate scrie:


Presiunile acustice fiind presupuse egale (p } = p 2 ) şi făcând ipoteza că

Niveiul sonor rezultant este dat de relaţiile:

Creşterea Diferenţa dintre Creşterea Diferenţa dintre niveiuri nivelului global două niveluri nivelului global două sonore [dB]

rezultant [dB]

sonore [dB] '

rezultant [dB]

0

3

7

0,8

1

2,5

8

0,6

2

2,1

9

0,5

3

10

0,4

4

1,8 1,5

12

0,3

5

1,2

14

0,2

6

1

16

0,1

sursele sonore nu sunt coerente, prin urmare 2 p lp 2 = 0, relaţia (3.23) devine:

Prin urmare, dublarea numărului de surse sonore, fiecare având acelaşi nivel acustic, conduce 1a creşterea nivelului sonor global cu 3dB. în tabelul 3.2 sunt prezentate creşterile nivelului sonor rezultat prin însumarea a două niveluri sonore egale sau diferite ca valoare. Tabelul 3.2 Creşterile nivelului sonor rezultat prin însumarea a două niveluri sonore egale sau diferite [1] 3.5 Propagarea sunetului în atmosferă

La propagarea prin atmosferă, caracteristicile sunetului se modifică. în cazul surselor sonore reale, intensitatea şi presiunea acustice scad la creşterea distanţei faţă de sursă, după cum s -a prezentat în § 3.3. Proprietăţile

20


de viscozitate ale atmosferei atenuează frecvenţele ridicate din

Capitolul 21

spectru! sonor ai zgomotului, prin urmare atmosfera se comportă ca un filtru "trece jos", lăsând să treacă componentele cu frecvenţe joase ale zgomotului. Dacă pe direcţia de propagare a sunetului se interpune o suprafaţă dură, atunci o parte din energia acustică se reflectă în mediul din care a venit sunetul, o altă parte a energiei se transmite prin acea suprafaţă, iar o altă parte este absorbită de către acea suprafaţă sau de materialul din car e este fabricată acea suprafaţă. Undele sonore incidente interacţionează cu ceie reflectate de către suprafaţă (în particular de suprafaţa drumului), conducând ia modificări locale importante ale presiunii sonore. Prin urmare, reflexia undelor sonore

creează dificultăţi fa măsurarea nivelului sonor în apropierea soiului, fiind necesară adoptarea unor măsuri speciale ia măsurarea nivelului sonor la exteriorul automobilelor. în spa ţii închise, reflexia undelor sonore poate conduce ia apariţia unor importante neuniformităţi ale câmpului acustic (cum ar fi ecouri şi unde staţionare), fenomene inadmisibile în săli de concerte sau în camere acustice pentru încercarea automobilelor. Existenţa vântului 4n atmosferă modifică direcţiile de propagare ale

sunetului, dar şi curbează „razele" sonore, în conformitate cu mărimea şi cu sensul vectorului viteză a vântului. Creşterea temperaturii conduce la creşterea vitezei sunetului în aer. Pe de aită parte, creşterea altitudinii conduce la scăderea temperaturii aerului. Aceste fenomene au ca efect curbarea „razelor" sonore. Solul natural reduce semnificativ intensitatea sonoră datorită proprietăţilor de absorbţie. Chiar şi depunerile dure (gen beton) absorb o mică parte a energiei sonore. O reducere semnificativă a nivelului sonor se constată la propagarea zgomotului peste soluri acoperite cu iarbă înaltă, cu plantaţii agricole înalte sau cu copaci. Atenuarea este mare în domeniul frecvenţelor înalte ale zgomotului. în căzui materialelor compacte, proprietăţile de absorbţie sonoră depind de mulţi parametri, printre care se specifică rugozitatea, porozitatea, rigiditatea şi frecvenţele de rezonanţă. Difracţia sunetului se manifestă în cazul în care unda acustică întâlneşte un obstacol sub forma unui ecran, paravan sau perete cu deschizături. în spatele acestor obstacole apar zone de „umbră" acustică, în care nivelurile sonore sunt reduse. Pentru a obţine o atenuare sonoră cât mai mare, ecranul trebuie amplasat în imediata apropiere fie a sursei sonore, fie a receptorului.

Perceperea zgomotelor de către om

4.1 Generalităţii

Poluarea sonoră este un factor care afectează negativ populaţia. Extinderea activităţilor economice, în particular a celor industriale, dar şi diversificarea modurilor zgomotoase de distracţie a unei părţi însemnate a populaţiei contribuie, în mod însemnat, la creşterea nivelului de zgomot. Drept urmare, se manifestă o multitudine de efecte negative în rândul populaţiei, cum


22

ar fi disconfo rt auditiv, stres deosebit de ridicat, modificări ale comportamentului sociai, leziuni ale aparatului auditiv etc. Proliferarea

manifestărilor zgomotoase subcuiturale, facilitată de lipsa de educaţie, promovată de mass-media comercială şi înlesnită, tehnic, prin scăderea preţurilor echipamentelor de reproducere audio -video fac, de muite ori, greu de suportat poluarea sonoră a mediului de locuit, de lucru sau de relaxare. Automobilul constituie o importantă sursă pentru poluarea sonoră. Evoluţia tehnică permanentă a condus ia reducerea nivelurilor sonore produse de automobile. în schimb, intervenţiile de „tuning" aplicate unor automobile şi unor motociclete, dotarea automobilelor cu echipamente audio cu puteri exagerat de

mari şi funcţionarea acestora fără discernământ, la care se adaugă „cursele" motorizate urbane, conduc !a stresarea acustică suplimentară a populaţiei. 4.2 Condiţiile în care omul poate să perceapă zgomotele

Pentru ca omul să poată percepe zgomotele trebuie să fie satisfăcute anumite condiţii. în primul rând, trebuie să existe o sursă de zgomot şi un mediu eiastic de propagare a zgomotului. De asemenea, pentru a fi percepute,

sunetele trebuie să aibă frecvenţe cuprinse între 16 Hz (rotund 20 Hz) şi 20000 Hz. Acest domeniu se numeşte interval de audiofrecvenţă. Nivelul sonor al zgomotului trebuie să fie cuprins între 0 dB şi 140 dB. Nu în ultimul rând, tr ebuie să existe o anumită relaţie între frecvenţa sunetului şi nivelul sonor al acestuia. 4.3 Domenii de frecvenţe

Sunetele care au frecvenţele mai mici de 20 Hz se numesc infrasunete, iar ceie care au frecvenţe mai mari de 20000 Hz se numesc ultrasunete. pentru a se face auzit. Scăderea maximă a sensibilităţii urechii, în domeniul frecvenţelor joase şi medii, ia niveluri sonore mici, este de aproxima tiv 77 dB. Sensibilitatea urechii este maximă în intervalul cuprins între 2000 Hz şi 5500 Hz, domeniu în care urechea distinge sunete care au presiunea acustică puţin mai mică decât valoarea minimă specificată în § 3.4. Prin urmare, în acest interval urech ea percepe un nivel sonor obiectiv cu valoare negativă. Sensibilitatea urechii este maximă la frecvenţa de 4000 Hz. La frecvenţe înalte sensibilitatea urechii scade din nou, dar mai puţin accentuat decât 1a frecvenţe joase şi medii. Astfel, variaţia maximă a sensibilităţii ia frecvenţe mai mari de 4000 Hz şi la niveluri acustice scăzute este de aproximativ 24 dB.

Scăderea sensibilităţii la frecvenţe joase şi medii se atenuează cu creşterea nivelului sonor. Astfel, pe curba de egală tărie sonoră de 120 fon modificarea maximă a sensibilităţii este de aproximativ 30 dB, faţă de 77 dB pe curba de 0 fon. în figura 4.1 sunt-reprezentate diferite surse sonore, poziţionate pe grafic în

funcţie de frecvenţa dominantă şi de nivelul sonor al zgomotului produs.

Capitolul 23

4.5 Variaţii semnificative aie nivelurilor subiective

Obiectiv, cea mai mică variaţie notabilă a nivelului sonor este 1 dB. Perceperea sunetelor nu este legată numai de frecvenţe şi de mărimea absolută a nivelului sonor obiectiv, ci este legată mai mult de variaţiile nivelului sonor. Astfel, omul de- abia percepe o variaţia de nivel de 3 dB. Variaţia percepută

clar este de 5 dB. Senzaţia de dublare a nivelului sonor apare ia o modificare cu 10 dB a nivelului sonor. 4.6 Efectele zgomotului asupra organismului uman

Zgomotul afectează omul pe multiple pianuri. Factorii acustici ai zgomotului

care afectează direct omul sunt nivelul de presiune acustică, spectrul de frecvenţe, durata, conţinutul de tonuri pure, caracterul impulsiv al zgomotului şi fluctuaţiile de nivel sonor. Dintre factorii neacustici care afectează perceperea zgomotului se amintesc perioada din zi, perioada din an, atitudinea comunităţii faţă de expunerea ia zgomot şi experienţa expunerii la zgomot. Perceperea zgomotului este influenţată şi de deplasarea sursei sonore (se manifestă efectul de filtrare sonoră efectuată de către mediul ambiant).

24


Aparate pentru măsurarea zgomotelor şi vibraţiilor 6.1 Aparate pentru măsurarea zgomotelor 6.1.1 Ponderarea în frecvenţă a zgomotului

Cea mai simpiă măsurare efectuată asupra zgomotului este determinarea nivelului de presiune sonoră. După cum s-a prezentat în §4.4, sensibilitatea urechii umane depinde atât de frecvenţa sunetului, cât şi de nivelul său. în majoritatea cazurilor, omul percepe zgomotul la un nivel mai mic decât este în

realitate. Prin urmare, aparatele concepute pentru măsurarea nivelului de presiune sonoră trebuie să -şi adapteze caracteristica de măsurare astfel încât să detecteze nivelul subiectiv ai zgomotului, numit nivel sonor , perceput de către om. Acţiunea prin care nivelul de presiune sonoră (din mediul acustic) este transformat în nivel sonor (perceput de către om), în funcţie de frecvenţă, se numeşte ponderare. Ponderarea în frecvenţă ia în considerare modificarea nivelului sonor în funcţie de acest parametru, după cum a fost indicat în figura 4.1, în care au fost trasate curbele nivelurilor de egală tărie sonoră. In principiu, o curbă de ponderare în frecvenţă se reprezintă grafic prin inversarea unei curbe de egală tărie sonoră. Ponderarea în nivel (la aceleaşi valori de frecvenţe) constă în definirea mai multor curbe de ponderare, fiecare reprezentând aproximativ inversul unei anumite curbe de egală tărie sonoră. Curbele de ponderare A, B şi C - sunt complementare curbelor de egală tărie sonoră de 40 fon, 70 fon şi, respectiv, de 100 fon. Curba de ponderare D, definită în mod special, se utilizează în cadrul măsurărilor zgomotului produs de către avioane. Curbele de ponderare standardizate sunt prezentate în figura 6.1. Curbele de ponderare sunt utilizate p entru măsurarea zgomotelor ale căror

niveluri sonore sunt mai mici de 55 fon (curba A), între 55 fon şi 85 fon (curba B) şi mas mari de 85 fon (curba C). Majoritatea măsurărilor terestre de zgomot, inclusiv cei produs de autovehicule, se fac prin ponderare a după curba A. Nivelul sonor ponderat după curba A se măsoară în [dB(A) j. 6.1.2 Schema bloc a sistemului pentru măsurarea nivelului sonor

Capitolul 6 Aparate pentru măsurarea zgomotelor şi vibraţiilor

25

Nivelul global al zgomotului se măsoară pe baza presiunii acustice. Există numeroase tipuri de sisteme care măsoară nivelul sonor, dar principial toate conţin un traductor de presiune sonoră (numit microfon ), un modul pentru condiţionarea semnalului, un etaj destinat analizei zgomotului şi un etaj pentru redarea / înregistrarea semnalului. De obicei, un astfel de sistem se regăseşte sub denumirea de sonometru sau fonometru. Schema bloc a unui sonometru

analogic este prezentată în figura 6.2.

Preamplificator/ Amplificator Amplificator sursă eneraie sau atenuator sau atenuator

26


Frecvenţa [Hz] Figura 6.1 Curbele standardizate de ponderare în frecvenţă (după [78])

Convertor Instrument ioaariîmic indicator

Figura 6.2 Schema bloc a unui sonometru (după [14])

Cea mai importantă componentă a sonometrului este traductoru capacitiv de presiune sonoră, numit microfon. Microfonul converteşte presiunea sonoră în variaţie de capacitate electrică la niveiui condensatorului. Conectarea microfonului într- un circuit electric şi alimentarea cu energie electrică sunt asigurate de către preamplificatorul microfonului. Microfonul este montat direct pe acest dispozitiv, fără conductoare electrice care ar putea influenţa negativ, prin capacitatea electrică proprie, calitatea măsurărilor efectuate. La ieşirea din preamplificatorul microfonului variaţia te nsiunii semnalului electric este proporţională cu presiunea acustică după o anumită lege de convertire.


27

Filtrul electronic intern sau extern are rolul de a executa ponderarea

semnalului sonor după una dintre curbele A, B, C sau D prezentate în §6.1.1, motiv pentru care se mai numeşte bloc de ponderare. Majoritatea sonometrelor sunt echipate cel puţin cu bloc de ponderare A. Dacă se doreşte măsurarea zgomotului după o curbă de ponderare pentru care sonometrul nu conţine un bloc intern adecvat, se poate conec ta un astfel de bloc din exterior. Există filtru (filtre) interior sau exterior specializat(e) pentru efectuarea analizei în frecvenţă a semnalului sonor.

în

Mărimea tensiunii semnalului de zgomot, variabilă în timp, se poate regla, mod convenabil, de cătr e unul sau mai multe blocuri de

amplificare/atenuare. Detectorul are ca principală sarcină calcularea valorii eficace ( Root Mean Square) a tensiunii electrice a semnalului de zgomot. întrucât orice valoare a tensiunii eficace este pozitivă, la ieşirea din detector semnalul electric poate fi considerat drept „curent continuu". Unele detectoare (numite şi blocuri de menţinere) reţin valoarea maximă a semnalului de zgomot într-un anumit interval de timp, informaţie necesară, de exemplu, la măsurarea nivelului de

zgomot la exteriorul autovehiculelor. Până la acest nivel, măsurarea semnalului electric este făcută la scară liniară. Convertorul liniar - logaritmic realizează trecerea semnaluiui presiunii sonore de la scară liniară la una logaritmică. Introducerea semnalului într-un modul indicator permite afişarea nivelului global sonor ponderat sau neponderat, în funcţie de setările alese de către utilizator. Afişarea poate fi făcută în mod analogic (cu ac indicator) sau digital (de exemplu, prin afişarea valorii n umerice a nivelului sonor). în generai, nivelul sonor este variabil, fapt care face imposibilă citirea valorii acestuia pe un afişaj

numeric. Pentru rezolvarea problemei, sonometrele sunt echipate cu module pentru medierea în timp a semnalului sonor. Sonometrele analog - numerice moderne pot fi echipate cu memorii pentru stocarea variaţiei semnalului într -o anumită perioadă de timp sau a anumitor

valori ale semnalului sonor. De asemenea, unele sonometre pot avea interfaţă pentru cuplarea la o imprimantă sau/şi la calculator în scopul transferului uşor de date. 6.1.3 Criterii de clasificare a sonometrelor a) după caracteristicile de frecvenţă ale zgomotului măsurat, care poate fi de bandă largă de frecvenţe (specifice autovehiculelor, avioanelor etc.), de bandă îngustă (de exemplu, zgomotul produs de ventilatoare) şi de frecvenţe înalte (de exemplu, zgomotul produs de motoarele electrice); b) după evoluţia în timp a zgomotului, acesta poate fi continuu (de exemplu, zgomotul produs de trafic, pe o şosea aglomerată), intermitent (de

exemplu, zgomotul produs la trecerea unui autovehicul pe o şosea puţin circulată) sau de tip impuls (de exemplu, zgomotul produs de trântirea unei portiere);

28


c) după nivelul sonor al zgomotului, acesta poate avea nivel aproximativ uniform (caracteristice unor procese industriale), nivel aleatoriu (specific desfăşurării activităţii pe şantiere) sau nivel intermitent (de exemplu,

trecerea unui tren pe calea ferată); d) după locul efectuării măsurărilor, sonometrele pot fi portabile, pentru utilizare în teren (având construcţie uşoară, dimensiuni reduse, sursă proprie pentru alimentare electrică şi rezistenţă la intemperii) şi pentru utilizare în laborator (caz în care construcţia poate fi fixă, neportabilă, dar având caracteristici de foarte b ună precizie); e) după erorile care afectează măsurările zgomotului, sonometrele pot fi de mare precizie (utilizate, de exemplu, pentru măsurările de zgomot exterior în vederea omologării în circulaţie a autovehiculelor) şi pentru utilizare generală sau supraveghere (cazuri în care se acceptă erori de măsurare f)

ceva mai mari); după preţ, caracteristică aflată în directă legătură cu domeniile menţionate mai sus. 6.1.4 Sonometrul analog - digital portabîi Unul dintre sonometrele portabile utilizate la Catedra de Autovehicule

Rutiere a Universităţii POLITEHNICA din Bucureşti pentru măsurarea şi analiza zgomotului este de tipul Briiel&Kjaer 2238 Mediator. Imaginea panouiui

frontal şi schema bloc ale acestui sonometru sunt prezentate în figurile 6.3 şi 6.4. Sonometrul poat e funcţiona ca instrument pentru măsurarea nivelului

global sonor, dar şi ca analizor serial de frecvenţe în benzi de octavă şi de treime de octavă (este echipat cu setul de filtre de octavă şi de treime de octavă, figura 6.3). De asemenea, poate efectua 23 de tipuri de măsurări, dintre care nivelul sonor instantaneu, nivelul echivalent al presiunii sonore pe

un interval de timp şi nivelurile maxim şi minim pe acel interval de timp. Sonometrui poate efectua măsurări ponderate în frecvenţă după curbele de tip A şi C şi are ponderare în timp de tip „slow". Semnalul de zgomot este detectat şi condiţionat în partea analogică a sonometrului, aie cărei module principale sunt microfonul, preampiificatorui/ amplificatorul, filtrele şi multiplexorul. în continuare, semnalele sunt convertite din analogic în digital şi toate prelucrările ulterioare se fac în domeniul digital. Sonometrui poate memora până la 500 de seturi de valori măsurate şi se poate cupla la o imprimantă sau la un calculator pentru a tipări, respect iv pentru a prelucra, salva şi afişa datele. Un multiplexor suplimentar trimite către două ieşiri analogice componentele alternativă şi continuă ale semnalului de zgomot măsurat. Sursă externă de eneraie


29

Figura 6.3 Schema bloc a sonometrului Brüel&Kjaer 2238 Mediator (după [74]) 6.1.5 Calibrarea sonometrelor

Sonometrele sunt echipamente de măsură d e mare precizie, dar caracteristica lor de funcţionare poate fi afectată de diferiţi factori, printre care umiditatea, temperatura, vântui şi expunerea ia şocuri. Eliminarea sau diminuarea în mare măsură a erorilor poate fi făcută printr -o caiibrare adecvată. Prin această operaţie se compară indicaţia sonometrului cu o valoare etalon a presiunii acustice, produsă de un dispozitiv pentru caiibrare. După îndepărtarea ecranului antivânt, microfonul sonometrului se introduce, cu atenţie, în dispozitivul pentru caiibrare, conform figurii 6.5. Se pun în funcţiune ambele aparate, iar la sonometru se selectează modul de măsurare fără ponderare în frecvenţă. Se recomandă ca operaţia de caiibrare să fie efectuată atât înainte, cât şi după efectuarea fiecărei măsurări acustice.


30

în figura 8.6 se prezintă, în secţiune, un dispozitiv pentru calibrarea Figura Sonometrul

6.4 utilizat

pentru măsurarea zgomotului (după

Figura 6.5 Ansamblul sonometru - dispozitiv

pentru caiibrare (după

[72]) [74]) sonometreior. Acest dispozitiv emite un sunet caracterizat printr-un nivel

acustic de valoare constantă şi cunoscută (furnizată în prospectul dispozitivului) şi printr -o anumită valoare constantă a frecvenţei. Principalele părţi componente ale dispozitivului pentru caiibrare sunt difuzorul, microfonul de referinţă, montajul electronic, sursa de alimentare cu energie electrică, orificiul pentru introducerea extremităţii microfonul ui sonometrului (echipat cu un adaptor pentru diferite diametre ale microfoanelor) şi butonul (butoanele) de comandă.


31

Figura 6.6 Dispozitiv pentru cali brarea sonometreior (după [72]) 8.1.6 Microfonul sonometrului

Microfonul trebuie să îndeplinească anumite condiţii tehnice pentru obţinerea unor precizii ridicate de măsurare şi a unor erori de repetabilitate cât mai reduse. Printre caracteristicile tehnice definitorii pentru un microfon sunt

răspunsul în frecvenţă, sensibilitatea (raportul dintre variaţia tensiunii ia ieşirea din preamplificator şi variaţia nivelului sonor aplicat la intrarea în microfon), domeniul dinamic, directivitatea şi stabilitatea în funcţionare. Microfonul trebuie să funcţioneze satisfăcător într -un domeniu larg de variaţie a condiţiilor de mediu, cum ar fi umiditate, temperatură, poluare şi vânt. în figura 6.7 este prezentată o secţiune spaţială printr -un microfon capacitiv. Funcţionarea microfonului se bazează pe principiul de lucru al condensatorului cu distanţă variabilă între plăci, ia care valoarea capacităţii se schimbă la modificarea distanţei dintre armături. în acest caz, una dintre plăci, numită placa de spate (figura 6.7), este fixă. Cea de -a doua placă este diafragma, care se deformează sub acţiunea presiunii sonore variabile.


32

Figura 6.7 Secţiune spaţiaiă printr -un microfon capacitiv (după [14]) Sensibilitatea microfonului este invers proporţională cu capacitatea electrică a circuitului de măsurare, de aceea nu există fire de legătură între microfon şi preampiificator. La creşterea diametrului diafragmei, implicit a diametrului exterior al microfonului, se realizează creşterea sensibilităţii, dar şi scăderea domeniului de răspuns în frecvenţă. Microfoanele se construiesc cu diametre care reprezintă fracţiuni de inch, de exemplu având valori de %, 1 3 / 2, /4 şi 1". Caracteristica de răspuns în frecvenţă a microfonului trebuie să fie liniară (plată) pe un domeniu de audiofrecvenţă cât mai larg, uzual acest domeniu fiind cuprins între 20 Hz şi 15 kHz. După terminarea procesului de fabricare, fiecărui microfon i se determină de către producător, cu mare exactitate, caracteristica de răspuns în frecvenţă. Pentru microfonul Bruel&Kjser tip 4188 (care echipează sonometrui Bruel&Kjaer 2238), această caracteristică este prezentată în figura 6.8. 6.2 Aparate pentru măsurarea vibraţiilor 6.2.1 Introducere

Amplitudinea unei vibraţii mecanice poate fi măsurată prin intermediul deplasării, al vitezei sau al acceleraţiei acelei mişcări vibratorii. Măsurând una dintre cele trei mărimi, celelalte două se pot calcula prin derivare sau prin integrare, după cum s -a prezentai în § 1.3.


33

Figura 6.8 Caracteristica de răspuns în frecvenţă a microfonului B&K tip 4188 (după [69]) în practică se preferă să se măsoare acceleraţia vibraţiei, deoarece traductoareie de acceleraţie au dimensiuni şi mase mai mici decât cele care măsoară, de exemplu, viteza vibraţiei. Dimensiunile mici ale traductorului permit măsurarea acceleraţiei vibraţiei pe o suprafaţă foarte redusă (aproap e punctual) şi nu pe o zonă extinsă, fapt care permite obţinerea unei distribuţii de acceleraţii la suprafaţă unei piese. Masa redusă a unui astfel de traductor influenţează în mod neglijabil comportamentul dinamic (de exemplu, valorile frecvenţelor proprii) al sistemului mecanic în care este montat. De asemenea, traductoareie de acceleraţie au domenii dinamice şi de răspuns în frecvenţă mai largi decât alte traductoare pentru măsurarea vibraţiilor. în plus, integrarea pe cale electronică a semnalului de acceleraţie este simplă şi suficient de precisă pentru a determina viteza şi deplasarea unei vibraţii. în sistemele mecanice, deplasările cu amplitudine mare se manifestă numai ia frecvenţe mici ale vibraţiilor, de exemplu oscilaţia masei suspendate a automobilului se produce pentru frecvenţe cuprinse, în general, între 1 Hz şi 4 Hz. Măsurarea valorii eficace a vitezei vibraţiei oferă indicii asupra „severităţii" vibraţiei respective. 6.2.2 Schema bloc a sistemului pentru măsurarea vibraţiilor mecanice Orice sistem pentru măsurarea vibraţiilor mecanice pe baza acceleraţiei conţine trei părţi importante: traductorul, etajul pentru condiţionarea, integrarea şi măsurarea semnalului şi etajul pentru afişarea / înregistrarea semnalului. Un astfel de sistem ex istă sub forma unui aparat portabil (pentru utilizarea în teren) sau ca o succesiune de aparate sau de module conţinute într-o carcasă (pentru utilizarea în laborator). Schema bloc a unui sistem pentru măsurarea vibraţiilor este prezentată în figura 6.9.

34


Figura 6.9 Schema bioc a unui sistem pentru măsurarea vibraţiilor (după [13]) Traductorul reprezentat în schema din figura 6.9 converteşte liniar acceleraţia vibraţiei obiectului pe care este aşezat în variaţie de sarcină electrică ia ieşirea traductorului. Amplificatorul de sarcină converteşte, direct

proporţional, sarcina electrică generată de către traductor în variaţie de tensiune electrică. Traductoarele piezoelectrice moderne pentru măsurarea acceleraţiei vibraţiei au amplificatorul de sarcină integrat în construcţia

proprie. Modulul integrator are rolul de a calcula viteza şi deplasarea vibraţiei, prin integrare electronică, pornind de ia semnalul de acceleraţie. Filtrele de tipul trece sus sau trece jos (aflate în dotarea aparatului sau care pot fi cuplate din

exterior) au rolul de a limita domeniul de frecvenţă de măsurare, în scopul îndepărtării semnalelor nedorite, a zgomotului electric etc. La ieşirea din blocul de filtrare se obţine o tensiune alternativă a semnalului electric, care poate fi introdusă în alt aparat, de exemplu într -un analizor de frecvenţe. Detectorul calculează valoarea eficace ( Root Mean Square ) sau valoarea de vârf a semnalu lui provenit din măsurarea vibraţiei. întrucât aceste valori sunt pozitive, la ieşirea din detector se găseşte „componenta continuă" a semnalului electric. Până la acest nivel, măsurarea semnalului electric este făcută la scară liniară. Convertorul liniar - logaritmic realizează trecerea semnalului vibraţiei de la scară liniară ia una logaritmică. Semnalul de ieşire din convertor este introdus într-un modul indicator sau/şi este furnizat la una dintre ieşirile de semnal ale sistemului de măsurare în scopul înregistrării semnalului. Sursa de energie electrică alimentează modulele sistemului, în afara traductorului piezoelectric, care este de tip generator. în cazul în care partea

de condiţionare de semnal este integrată în construcţia traductorului, atunci acesta are nevoie de alimentare cu energie electrică. Pentru =■„!£■ e'e portabile de măsurare alimentarea se realizează cu baterii de aicjriijis'rare ' ©î ncă rea bile). Sistemele analog - digitale moderne pentru măsurarea ■ b»-3piiiior mecanice elimină numeroase module analogice pentru prelucrarea s = _ afişarea semnalului, dar trebuie să fie echipate, în continuare, cu cel puţr un


35

traductor (de acceleraţie) şi cu etajul pentru condiţionarea semnalului în sc-opui realizării compatibilităţii cu intrarea convertorului analog - digital. în continuare, toate prelucrările, afişarea şi memorarea semnalului se fac pe cale numerică. O astfel de schemă este prezentată în figura 6.10.

Figura 6.10 Schema bloc a unui sistem analog - digital pentru măsurarea vibraţiilor [3] «

6.2.3 Traductoare pentru măsurarea vibraţiilor şi a şocurilor în § 6.2.1 s-au precizat motivele pentru care ampl itudinile vibraţiilor

mecanice sunt măsurate pe baza acceleraţiei. Traductoareie care măsoară acceleraţia sunt numite accelerometre. Cei mai utilizat tip de accelerometru este cel care funcţionează pe principiul piezoelectric. Partea sensibilă a unui astfel de accelerometru este un element piezoelectric artificial. Principiul de

funcţionare a accelerometrului se bazează pe proprietatea elementului piezoelectric de a genera sarcină electrică Q în mod direct proporţional cu forţa F aplicată asupra elementului, după legea de convertire: Q = K p - F [ C ]

(6.1)

unde K p reprezintă constanta piezoelectrică a materialului. Forţa aplicată pe elementul piezoelectric poate fi de compresiune sau de

forfecare, de unde rezultă două categorii constructive distincte de accelerometre piezoelectrice. în figura 6.11 este prezentată schema constructivă a accelerometrului de forfecare.


36

Element piezoelectric de forfecare

Masă seismică Inel

pretensionat Bază

In construcţia traductorului de forfecare prezentat în figura 6.11 se utilizează trei elemente piezoelectrice fixate, cu câte o faţă, pe un pivot central, încastrat în bază. Pe faţa paralelă celei de montare a fiecărui element se poziţionează câte o masă seismică. Peste toate masele seismice se montează un inel elastic, în scopul pretensionării elementelor piezoelectrice. Traductoru! se montează în mod rigid la locul măsurării, astfel încât direcţia dorită de măsurare să fie identică cu axa pivotului centrai. Acceleraţia vibraţiei piesei se transmite tuturor componentelor traductorului. Masele seismice

acţionează asupra elementelor piezoelectrice cu forţe de inerţie F, având expresia: F i = m m ' a [ N ]

(6.2)

unde mm este masa masei seismice, iar a este acceleraţia vibraţiei. Cum mm are valoare constantă, înlocuind expresia (6.2) în (6.1) se obţine

relaţia:

Q = K r - a [ C ]

(6.3)

unde K r este constanta traductorului.

Prin urmare, sarcina generată de traductor este direct proporţională cu acceleraţia vibraţiei. La ieşirea din amplificatorul de sarcină, tensiunea electrică a semnalului este direct proporţională cu acceleraţia vibraţiei după relaţia: U = K u . a [ V ]

(6.4)


37

unde K¡j este coeficientul de convertire.

Figura 6.11 Schema constructivă a accelerometruiui piezoeiectric de forfecare

(după [71])


38

în timpul funcţionării, accelerometrul piezoelectric se comportă ca un condensator încărcat cu o sarcină electrică. Odată încărcat condensatorul echivalent, menţinerea constantă a forţei aplicate (sau îndepărtarea forţei) este urmată de descărcarea condensatorului echivalent, din cauza apariţiei unui curent de scurgere, în ciuda rezistenţei electrice interne mari a elementului piezoelectric. Prin urmare, traductorul piezoelectric nu poate fi utilizat pentru măsurarea fenomenelor statice (cu frecvenţa de 0 Hz) şi nici a vibraţiilor de foarte joasă frecvenţă (î n general sub câteva zecimi de Hz).

Limita superioară a intervalului de frecvenţă până la care poate fi utilizai

traductorul piezoelectric este ridicată (mii sau zeci de mii de Hz), datorită

frecvenţei proprii de valoare ridicată, conferită de construcţia foarte rigidă a traductorului. Acceierometre tip IEPE

Numeroase acceierometre piezoelectrice actuale conţin câte un modul electronic pentru amplificatorul de sarcină, integrat în construcţia traductorului. Introducerea blocului electronic într- o construcţie cu dimensiuni foarte reduse precum cea a accelerometrului a fost posibilă datorită miniaturizării şi progresului tehnic al componentelor electronice moderne. Un astfel de acceierometru se întâlneşte sub denumirea „Integrated Electronic Piezoelectric" sau, pe scurt, IEPE. Tensiunea electrică la ieşirea unui

acceierometru IEPE este direct proporţională cu acceleraţia vibraţiei, în conformitate cu relaţia (6.4). Pentru a funcţiona, acest fel de traductor trebuie alimentat cu energie electrică din exterior. Modulul electronic integrat în construcţia unui acceierometru IEPE poate îndeplini, pe lângă funcţia de amplificator de sarcină, rolul de amplificator de tensiune, de filtru electronic, sau de autodiagnoză. La măsurarea vibraţiilor şi a şocurilor se recomandă folosirea accelerometrelor de tip IEPE, întrucât sunt simplu de utilizat, au precizie

ridicată, au domeniu larg de frecvenţe de măsurare, pot fi amplasate la distanţă destul de mare de sistemul de măsurare (nu necesită cabluri cu protecţie specială) şi sunt relativ ieftine. în schimb, modulul electronic limitează mai drastic chiar decât elementul piezoelectric temperatura maximă la care pot fi expuse, de obicei 121X. Acceierometre tip TEDS

„Transducer Electronic Data Sheet - TEDS" sunt traductoare (inteligente) care pot lucra atât în mod analogic, cât şi digital. Părţile componente principale ale unui acceierometru miniatural de tip TEDS sunt prezentate în figura 6.12.


39

Figura 6.12 Părţile componente principale ale unui acceierometru miniatural de tip TEDS: 1) conector

electric; 2+3) piesă de bază cu

preamplificator; 4) masă seismică; 5) elemente piezoelectrice;

6) inel de prestrângere; 7) carcasă din titan [70]

Pe lângă modulul electronic specific unui traductor de tip IEPE, acesta mai conţine o memorie în care se pot scrie şi din care se pot citi date în format digital. O parte din memorie este rezervată caracteristicilor tehnice, aşa cum au fost definite de către constructor (nume, tip de traductor, serie, sensibilitate etc.). Cealaltă parte a memoriei este ia dispoziţia utilizatorului, pentru a stoca date despre lo cul de măsurare, poziţia de montare a traductorului, numărul canalului ş.a. De asemenea, memoria poate stoca date asupra etalonărilor efectuate, fără a mai fi nevoie de tipărirea unor documente de acest tip. Utilizatorul poate opta să iasă din modul de lucru analogic şi să treacă în modul digital, pentru a avea acces la datele din memoria traductorului. Accesul

la date se face prin acelaşi cablu al traductorului. în afară de componentele obişnuite utilizate pentru măsurare, un sistem de achiziţie de date trebuie să conţină un modul specializat pentru citirea datelor din memoria traductorului. Cuplarea acestuia la sistem este de tip „plug and play". Traductorul capacitiv Acest tip de traductor, prezentat schematic în figura 6.13, permite

măsurarea acceleraţiilor oscilaţiilor de joasă frecvenţă şi chiar a acceleraţiilor continue, de exemplu a acceleraţiei gravitaţionale. Limita superioară a intervalului de frecvenţe în care lucrează acest traductor este de câteva sute de Hz.


40

Figura 8.13 Schema constructivă a accelerometrului capacitiv (după [/7j) Principiul de funcţionare a acestui traductor constă în modificarea capacităţii electrice a elementului sensibil în funcţie de acceleraţia mecanică la care este supus. Elementul sensibil este reprezentat de două condensatoare, fiecare având distanţa variabilă dintre plăci. Condensatoarele sunt conectate în mod diferenţial, fiind cuplate într -o punte de măsurare, completată cu două condensatoare cu valori fixe. Condensatoarele au comună una dintre plăci, realizată sub forma unei diafragme cu rol de masă seismică. Diafragma se deformează sub acţiunea acceleraţiilor continue sau variabile. Celelalte plăci ale condensatoa relor sunt fixe.

Semnalul electric de la ieşirea traductorului este proporţional cu valoarea acceleraţiei ia care este supus. 6.2.4 Calibrares sistemului pentru măsurarea vibraţiilor mecanice La sfârşitul procesului de fabricare, fiecărui acceierometru i se determină de către producător, cu mare precizie, caracteristica de răspuns în frecvenţă. O astfel de caracteristică este menţionată în certificatul de calibrare al accelerometrului, un exemplu fiind prezentat în figura 6.14 (după [76]).

Figura 6.14 Caracteristica de răspuns în frecvenţă a accelerometrului 352A21 (după [76]) Dacă traductoarele de acceleraţie sunt păstrate şi utilizate în condiţiile optime menţionate de către constructor, caracteristicile lor de funcţionare nu se modifică semnificativ în decurs de câţiva ani. Expunerea acceierometrelor la


41

şocuri puternice are drept rezultat modificarea importantă a caracteristicilor de funcţionare şi chiar deteriorarea traductoarelor. Verificarea corectitudinii de funcţionare a traductorului şi a întregului sistem pentru măsurarea vibraţiilor se face prin calihrare. Se pot aplic a, uzuai, două metode de calibrare, mecanică şi electrică,

fiecare cu avantajele şi dezavantajele specifice [3j. Cea mai precisă metodă de calibrare este cea mecanică şi constă în măsurarea unei vibraţii armonice etalon produsă de un dispozitiv de etalonare, numit şi masă vibrantă. Valoarea eficace a acceleraţiei vibraţiei etalon este 10 m/s 2 sau o valoare apropiată, în funcţie de masa accelerometrului. Calibrarea se face, în acest caz, numai la o singură frecvenţă a vibraţiei etalon. Valoarea numerică a acceleraţiei etalon se citeşte pe graficul trasat pe masa vibrantă. Sistemul de măsurare trebuie să indice valoarea etalon a acceleraţiei. Dacă valoarea indicată diferă, se reglează sensibilitatea sistemului până când această valoare coincide cu cea de etalonare. în figura 6.15 este prezentată masa vibrantă având traductorul de acceleraţie montat.

Figura 6.15 Masa vibrantă utilizată pentru calibrarea siste mului de măsurare a vibraţiilor [1]

Capitolul 8 Măsurarea zgomotului produs de autovehicule

42

sonor toate regimurile de funcţionare ale autovehiculelor, întrucât este

urmărită, în primul rând, reducerea nivelului de zgomot urban. Aceasta este

una dintre cauzele pentru care zgomotul traficului rutier este foarte intens Sa viteze ridicate de rulare. îndeplinirea cerinţelor legale referitoare la zgomot este obligatorie pentru

omologarea în circulaţie a autovehiculelor. De asemenea, efectuarea măsurărilor de zgomot în aceleaşi condiţii în diferite părţi ale lumii sau la intervale diferite de timp permite compararea performanţelor acustice şi de confort ale mai multor autovehicule, în special autoturisme, constituind un

criteriu care stimulează vânzările. în continuare sunt prezentate cele mai importante tipuri de măsurări ale zgomotelor autovehiculelor.

8.2 Măsurarea nivelurilor globale de zgomot îa exteriorul autovehiculelor 8.2.1 Normative şi condiţii de fucru e

Pentru autovehiculele echipate cu patru sau mai multe roţi măsurarea nivelului global de zoomot se face în concordanţă cu Directiva 70/157/CEE [51 ], cu Directiva 2007/34/CE [50] şi cu Regulamentul nr. 51 CEE -GNU [60], [61], [62], De la intrarea în vigoare a Directivei 70/157/CEE, nivelul limită de zgomot emis de autovehicule a fost redus în câteva rânduri, cel mai recent în anul 1995. Ultima reducere nu a avut efectul scontat, iar studii efectuate ulterior au

arătat faptul că metoda de măsurare utilizată nu mai are legătură directă cu modul actual de deplasare a autovehiculelor. In consecinţă, sunt necesare introducerea unui nou ciclu de încercare şi apropierea condiţiilor de conducere pentru efectuarea încercării pentru verificarea nivelului de zgomot de operaţiunile reale efectuate în timpul conducerii. Noul ciclu de încercare este inclus în Regulamentul nr. 51 seria 02 de amendamente. începând de la 6 iuli e 2008 şi până la 6 iulie 2010 vehiculul pentru care

trebuie obţinută omologarea de tip este supus încercării din anexa 10 a

Regulamentului CEE-ONU nr. 51, numai în scopul monitorizării [ 50]. Lucrarea de faţă nu abordează prevederile metodei de măsurare B a

zgomotului produs de autovehicule, menţionată în lucrarea [62]. Principatele aparate utilizate la măsurări sunt traductoarele pentru nivel sonor global (sonometre de precizie), cele pentru turaţia motorului şi pentru viteza autovehiculului. La începutul şi la sfârşitul măsurărilor trebuie verificată (şi eventual refăcută) etalonarea sonometrului, utilizând un pistonfon special. Măsurările se execută selectând ponderările în timp şi în frecvenţă de tipul "rapid" şi, respectiv, "A". Traductoarele pentru măsurarea turaţiei motorului şi a vitezei autovehiculului trebuie să aibă o eroare relativă maximă de ± 2 %. Turometrul utiiizat nu trebuie să fie cei ai autovehiculului. Condiţiile de mediu în care este permisă efectuarea măsurărilor sunt: temperatura cuprin să între 0° C şi 40° C; vânt fără rafale şi cu viteza mai mică

102

Partea a ii-a Nivelurile sonore aie autovehiculelor. Zgo

de 5 m/s; între microfon şi sursa de zgomot nu trebuie să se interpună nici o persoană; nivelul global de zgomot de fond al mediului, măsurat după curba de ponderare A, trebuie să fie cu cei puţin 10 dB mai mic decât cel produs de autovehicul; se poate monta sonometrului o apărătoare de vânt, cu condiţia de a se ţine cont de influenţa acesteia asupra sensibilităţii microfonului. Terenul pe care se efectuează încercările nu trebuie să producă perturbaţii acustice considerabile. Astfel, distanţa minimă până la ce! mai apropiat obstacol constituit în ecran important în reflectarea zgomotului trebuie să fie de 20 m (ia măsurarea zgomotului în exterior în staţionare). în plus, fa măsurarea zgomotului produs de evacuarea gazelor de ardere trebuie evitată amplasarea autovehicuiuiui la mai puţin de 1 m faţă de bordura trotuarului. La măsurarea zgomotului exterior în mişcare, distanţa minimă până la cel mai apropiat obstacol trebuie să fie de 50 m în jurul centrului pistei de accelerare (figura B.1). Tronsonul de drum şi terenul învecinat trebuie să fie plane şi orizontale, iar suprafaţa drumului trebuie să fie uscată, curată şi acoperită cu îmbrăcăminte tare (asfalt sau beton). Autovehiculul trebuie să fie echipat complet, în stare optimă de funcţionare, în conformitate cu prevederile constructorului. Pneurile trebuie să fie de tipul celor utilizate de constructor, cu adâncimea corectă a profilului benzii de rulare şi cu presiunea aerului corespunzătoare stării de încărcare a autovehiculului. Presiunea aerului se verifică şi se reglează în cazul pneurilor reci. Autovehiculul trebuie să aibă rodajul efectuat. înainte de începerea măsurărilor, motorul va fi adus la temperatura normală de funcţio nare. încercările se fac cu autovehiculul neîncărcat (se admite prezenţa şoferului şi, eventual, a persoanei care face măsurările) şi fără (semi)remorcă. Geamurile autovehiculului trebuie închise, iar echipamentele auxiliare se scot din

funcţiune.

8.2,2 Măsurarea niveiuiui global de zgomot exterior în mişcare Schema iocuiui de încercare şi amplasarea microfonului sunt prezentate în

figura 8.1 [62]. Drumul trebuie să fie rectiiiniu (având o linie centrală de rulare). Microfonul este situat la distanţa de 7,5 m ± 0,2 m faţă de linia centrală de rulare a drumului şi la înălţimea de 1,2 m ± 0,1 m deasupra solului. Axa sa de sensibilitate maximă trebuie să fie orizontală şi perpendiculară pe axa de mişcare a autovehiculului. Se trasează pe drum două linii AA' şi BB', perpendiculare pe linia centrală de rulare, situate la distanţa de 20 m între ele şi poziţionate simetric faţă de locul în care este aşezat microfonul. 8,3 Măsurarea nivelului global ele zgomot în interiorul autovehiculelor Regulamentele referitoare l a măsurarea zgomotului în interiorul autovehiculelor sunt puţin numeroase. Constructorii autovehiculelor (şi în special ai autoturismelor) sunt direct interesaţi să scadă substanţial nivelul

Capitolul 8 Măsurarea zgomotului produs de autovehicule

44

sonor m interior, în scopul asigurării competitivităţii produselor lor şi pentru creşterea confortului pasagerilor. Dintre regulamentele care au drept obiect măsurarea zgomotului în interiorul autovehiculelor se specifică ÍSG 5128 [55] şi versiunea Iui în limba română SR iSO 5128/1997 [65]. Încercările se fac în scopul verificării nivelurilor de zgomot din interiorul autovehiculelor, cât şi al monitorizării acestor niveluri, pentru a sesiza eventualele creşteri apărute între autovehicule de acelaşi fel. Calea ele rulare trebuie să aibă suprafaţa tare, să fie netedă şi plană, curată şi uscată. Pregătirea autovehiculului: înainte de începerea încercărilor temperatura motorului trebuie să ajungă la valoarea regimului norma! de exploatare; pneurile trebuie să fie de tipul celor recomandate de constructor, trebuie să fie umflate la presiunea normală de exploatare şi trebuie să aibă un rodaj de minimum 300 km; sarcina uîiîă a autovehiculului trebuie să aibă valoarea minimă permisă de echipamentul şi personalul necesare efectuării încercărilor. Amplasarea microfonulu i se face în dreptul scaunului şoferului şi, după caz, în funcţie de numărul de locuri ale autovehiculului, deasupra unor anumite scaune neocupate, conform figurii 8.3 [55j. în căzu! autovehiculelor din categoria M1t cu două rânduri de scaune, se pot face măsurări numai în dreptul scaunului şoferului. Microfonul se poziţionează cu axa de măsurare în planul orizontal şi se orientează către sensul de mers al autovehiculului; microfonul nu trebuie să fie poziţionat la mai puţin de 0,15 m faţă de perete sau de alte obiecte. Coordonatele punctului de amplasare a microfonului sunt: • longitudinală - în pianul vertical ce trece prin linia de îmbinare a părţii •

•

orizontale cu spătarul scaunului; verticală ~ la 0,7 ± 0,05 m deasupra părţii orizontale a scaunului (dacă scaunul este reglabil, se aleg poziţiile sale medii pe direcţia longitudinală şi verticală, iar spătarul se reglează cât mai aproape de poziţia verticală); laterală - la 0,2 m ± 0,02 m la dreapta planului median al scaunului şoferul ui (în planul median al scaunului neocupat, dacă este cazul).

102


Poziţiile A şi B ale microfonuîui Poziţia S a microfonului

Poziţia A a microfonului

A: scaun neocupat B: scaunu l şoferului

Figura

8.3

Amplasarea

microfonului

pentru măsurarea zgomotului interior [55]

Pentru măsurarea nivelului sonor interior corespunzător pasagerilor care stau în picioare, microfonul se amplasează la înălţimea de 1,6 m deasupra podelei. Obiectul încercării constă în măsurarea nivelului global de zgomot din

interiorul autovehiculului în mai multe regimuri de funcţionare, după cum urmează: a) măsurări la viteze constante de deplasare , cuprinse între V, şi r 2l unde Vi şi V 2 reprezintă cele mai mici valori dintre 60 km/h şi 40 % din viteza maximă, respectiv dintre 120 km/h şi 80 % din viteza maximă; măsurările se efectuează pentru cel puţin cinci valori aie vitezelor constante de deplasare, egal depărtate, şi care acoperă tot intervalul {V h V 2 )\ pentru autovehiculele cu schimbarea manuală a treptelor, se selectează treapta din transmisie astfel încât să se obţină cel mai mare raport care să permită acoperirea întregului interval de viteze fără schimbarea treptei; se măsoară nivelul sonor mediu al zgomotului interior pentru fiecare viteză constantă de deplasare;

b) măsurări în regim de accelerare la sarcină maximă - se rulează, iniţial, cu

viteza constantă corespunzătoare turaţiei nj şi se accelerează brusc, în aceeaşi treaptă a transmisiei, până la atingerea vitezei corespunzătoare turaţiei n 2\ ni este cea mai mică dintre turaţiile n min şi 0,45-n F, iar n 2 este cea mai mică dintre turaţiile 0,9 -n P şi cea corespunzătoare atingerii vitezei de 120 km/h; selectarea treptei transmisiei se face în mod analog precizărilor de la punctul a); se măsoară nivelul sonor maxim al zgomotului interior, c) măsurări cu autovehiculul în staţionare - iniţial motorul funcţionează la turaţia de mers încet în gol; se apasă pedala de acceleraţie complet,

102


cât mal repede posibil, până ia turaţia maximă de funcţionare în gol a motorului; se menţine această turaţie cel puţin 5 s; se măsoară nivelul sonor maxim ai zgomotului interior.

8 A Măsurarea zgomotului de rulare produs de pneurile autovehiculelor în contact cu suprafaţa drumului Având în vedere ponderea majoră a zgomotului de rulare în nivelul global de zgomot produs de către autovehicule, P arlamentul European a amendat Directiva 92/23/CEE [52] prin Directiva 2G01/43/CE [48] având drept scop

elaborarea unei metodologii având caracter realist şi reproductibil pentru măsurarea nivelului global de zgomot de rulare. Prevederile directivei se referă la categoriile de pneuri C1, C2 şi C3 (Anexa 4). Reglementări cu prevederi similare sunt ISO 13325 [59] şi Regulamentul nr. 117 CEE -ONU [63]. 8.4.1 Măsurarea nivelului zgomotului de rulare prin metoda rulării libere conform Directivei 2001/43/CE [48]

Metoda se referă la determinarea prin măsurare a nivelului maxim al zgomotului de rulare produs de setul de pneuri care echipează un autovehicul, aflat în rulare liberă, ia viteze relativ ridicate şi pe o anumită suprafaţă de rulare. Sonometrul trebuie să îndeplinească prevederile impuse tipului 1 de instrumente de măsură conform regulamentului IEC 60651, ediţia a doua. Măsurările se execută selectând în prealabil ponderările în timp şi în frecvenţă de tipul "rapid" şi, respectiv, "A". Dacă se utilizează un sistem de achiziţie de date, perioada de eşantionare nu trebuie să fie mai mare de 30 ms. La începutul şi Sa sfârşitul măsurărilor trebuie verificată (şi eventual refăcută) etaionarea sonometrului, utilizând un pistonfon special de precizie. Microfonului i se poate monta o apărătoare de vânt, cu condiţia de a se corecta

caracteristica sa de măsurare. Microfonul (sau cele două microfoane) va fi poziţionat ca în figura 8.1. la o distanţă de 7,5 m faţă de axa longitudinală a drumului şi la 1,2 m înălţime faţă de soi. Axa iui de sensibilitate maximă va fi orizontală şi orientată perpendicular faţă de axa longitudinală a drumului. La trecerea părţii din faţă a autovehiculului prin dreptul axei de măsurare a microfonului, viteza trebuie măsurată cu precizie ridicată, astfel încât eroarea absolută admisibilă să fie de ± 1 km/h. Condiţiile de mediu necesare efectuării măsurărilor impun ca temperatura aerului să fie cuprinsă între 5° C şi 40° C, iar cea a suprafeţei drumului între 5° C şi 50° C. Nu se fac încercări pe ploaie, ninsoare ş.a. Viteza vântului trebuie să fie mai mică de 5 m/s la înălţimea la care este poziţionat microfonul şi se determină direcţia vântului. Nivelul giobal de Măsurările în condiţii de drum pot fi efectuate amplasând pneul într -o carcasă închisă sau în spaţiu deschis. în cazul din urmă, măsurările de nivel sonor sunt afectate de vânt, mai ales ia viteze ridicate de deplasare. Dacă

102


măsurările se fac într -o carcasă închisă, atunci încercările pot fi efectuate în condiţii reale de trafic. 8.4.7 Metoda măsurării intensităţii zgomotului de rulare în imediata apropiere a pneuiui

Metoda este mai sofisticată decât cea prezentată la § 8.4.6. Traductorul de intensitate sonoră este montat în apropierea pneuiui şi nu este necesară ecranarea spaţiului din jurul pneuiui şi nici adoptarea unor măsuri speciale de protecţie împotriva vântului. Măsurările pot fi făcute în trafic Sa viteze normale de rulare. 8.4.8 Măsurarea zgomotului de rulare în laborator

în general, cercetarea performanţelor acustice ale autovehiculelor în laborator se desfăşoară în camere semi-anecoide\ O astfel de încăpere reproduce condiţiile de câmp acustic liber în laborator, dar deasupra unei podele reflexive. într- un astfel de mediu se pot efectua măsurări acustice de mare precizie la exteriorul şi în interiorul autovehiculelor. în figura 8.8 este prezentată forma specifică a suprafeţelor laterale ale unei astfel de camere semi-anecoide.

Laboratorul este echipat cu un stand dinamometric, pe ale cărui tambure se poziţionează roţile motoare ale autovehiculului. Prin urmare, măsurările acustice se pot face reproducând diverse condiţii de rulare şi de funcţionare. Nivelul sonor al zgomotului de rulare depinde de momentul aplicat roţilor motoare, prin urmare este indicat să se utilizeze un automobil echipat cu un motor cu performanţe energetice ridicate [38]. Pentru a cerceta numai zgomotul de rulare, toate celelalte surse sonore ale automobilului trebuie

izolate fonic, şi anume motorul cu ardere internă, evacuarea gazelor de ardere şi admisiunea aerului proaspăt. De exemplu, pentru reducerea nivelului de zgomot al gazelor arse, sistemul de evacuare este suplimentat cu atenuatoare

cu volum mare poziţionate în habitaclu (figura 8.9, după [38]). Obţinerea momentului mare la puntea motoare se face prin exploatarea motorului la

sarcini mari şi în trepte inferioare din transmisie, prin urmare regimul termic al grupului motopropulsor este foarte ridicat. Acest fapt implică adoptarea unor măsuri speciale referitoare la răcirea motorului şi a transmisiei. 1

Anecoid = lipsit de ecou

acustica1

Recommend Documents