Geluidintensiteitsmetingen

Naast een aantal methodes om het geluidvermogen te meten op basis van geluiddrukmetingen, kan het geluidvermogen ook gemeten worden op basis van geluidintensiteitsmetingen. Vermits de geluidintensiteit I een vectoriële grootheid is, en de gemiddelde waarde over de tijd is van het product van de geluiddruk p(t) en de vectoriële deeltjessnelheid v(t), zijn dergelijke metingen een stuk omslachtiger.

Realisatie :

in een vrij geluidveld

metingen van het geluidvermogen op basis van geluidintensiteitsmetingen zijn gelijkaardig aan deze op basis van geluiddrukmetingen, maar de vereisten zijn minder streng wat betreft :

	meetruimte
	achtergrondgeluid
	meetafstand
	vorm van het meetoppervlak

in een diffuus geluidveld kunnen de hieronder beschreven methodes niet toegepast worden : in een diffuus geluidveld gaan alle geluidgolven kriskras door elkaar in elk punt, want geen enkele richting heeft de voorkeur. Er moet een netto geluidenergieflux in een zekere richting doorheen het meetoppervlak gaan.

Types geluid :

alle, behalve impulsachtig geluid (kortstondige, geïsoleerde pieken)

Internationale normen ter zake bestaan (normen : ISO 9614-1:1993 en ISO 9614-2:1996).

Meting van de geluidintensiteit :

Vaak hoeven we slechts één component van I te meten, volgens een bepaalde richting en zin :

$I=\bar{p(t)v(t)}$

De grootte I van de component van I volgens een bepaalde richting en zin is dus de gemiddelde waarde over een bepaalde tijd van het product van p(t) en de component van v(t) volgens diezelfde richting en zin.

images/geluidintensiteitsinstrumentatie.gif

De methodes om de geluidintensiteit te meten zijn meestal gebaseerd op de twee-microfoon geluidintensiteitsprobe. De geluiddruk en de deeltjessnelheid worden hierbij afgeleid van twee microfoons, die de geluiddruk meten en die een kleine afstand Dr van elkaar verwijderd zijn. Op de figuur hiernaast zie je dat de twee microfoons met hun diafragma naar elkaar zijn gericht, wat de meest gebruikelijke configuratie is. De twee-microfoon geluidintensiteitsprobe, evenals de bijhorende processoren, instrumentatie en calibratietoestellen zijn internationaal gestandardiseerd (norm : IEC 61043 (1993-11)). De processoren kunnen analoog of digitaal zijn.

We beschrijven hieronder twee methodes gebaseerd op de twee-microfoon geluidintensiteitsprobe. Ze zijn geldig op voorwaarde dat de afstand Dr << golflengte l. Met de twee microfoons 1 en 2 worden resp. geluiddrukken p₁(t) en p₂(t) gemeten. De richting en zin van de component van I, die we meten, is bepaald door de rechte waarop de twee microfoons gesitueerd zijn en wel in de positieve zin van microfoon 1 naar microfoon 2 ; de grootte I is bepaald in het middelpunt tussen de twee microfoons.

Directe methode :

We kunnen bewijzen dat in het middelpunt tussen de twee microfoons de volgende benaderingen gelden :

voor de geluiddruk p(t) :

$p\approx{\frac{p_1+p_2}{2}}$

voor de deeltjessnelheid v(t) :

$v\approx{\frac{1}{{\rho}{\Delta}r}\,\int(p_1-p_2)\,dt}$

Hieruit volgt voor de grootte I van de gemeten component van I :

$I\approx{\frac{1}{2{\rho}{\Delta}r}\,\bar{(p_1+p_2)\,\int(p_1-p_2)\,dt}}$

Kruisspectrum (FFT) methode :

We kunnen bewijzen dat de grootte I van de gemeten component van I in functie van de frequentie gegeven wordt door :

$I(f)=-\frac{1}{2{\pi}f{\rho}{\Delta}r}\,\mathrm{Im}\left[G_{12}(f)\right]$

Hierin is G₁₂(f) het kruisspectrum van de twee geluiddrukken p₁(t) en p₂(t) .

De methodes om de geluidintensiteit te meten, gebaseerd op de twee-microfoon geluidintensiteitsprobe, hebben een aantal kenmerken :

voordelen :

Vaak moeten we metingen van geluidintensiteit en geluidvermogen uitvoeren in een omgeving met storend achtergrondgeluid. Een werktuigmachine in een fabriek of een ander groot object kan niet steeds in bv. een anechoïsche kamer worden geplaatst. De geluidintensiteitsprobe laat toe de geluidsituatie rondom de geluidbron beter in kaart te brengen, dan mogelijk is met geluiddrukmetingen. Door te meten in het nabije geluidveld (dichtbij de geluidbron) is de hinder door het achtergrondgeluid beperkter.

Het opsporen van lokale geluidbronnen binnen een complexe geluidbron wordt mogelijk : zones met een grote geluidintensiteit wijzen op de nabijheid van bronnen. Een interessante toepassing is het opvolgen van productieproblemen : enkel de probleemzones meten verlaagt de meetkosten.

nadelen :

	complexe en dure meetinstrumentatie
	gevoelig voor faseverschuivingen van de microfoonsignalen
	microfooninterferentie mogelijk

Bepaling van het geluidvermogen :

Het geluidvermogen wordt dan bepaald, vertrekkende van de definitie :

$W=\int_{S}\,\mathbf{I}\,.\,\mathbf{dS}=\int_{S}\,I\,dS$

waarin I de grootte van de component van I is, loodrecht op het elementair oppervlak dS .

Gelijkaardig aan de metingen van het geluidvermogen op basis van geluiddrukmetingen, verdelen we het meetoppervlak S in n gelijke deeloppervlakken S_i , waarmee de n meetpunten zijn betrokken. In elk meetpunt bepalen we I_i met één van de methodes hierboven beschreven. Als benadering voor het geluidvermogen vinden we dan :

$W\approx{\sum_{i=1}^n\,I_i\,S_i}$

Dat noemen we de puntmethode. Een alternatief bestaat erin één microfoon volgens een voorgeschreven pad te laten bewegen (terug te vinden in de hierboven vermelde internationale normen), wat we de scanning methode noemen.

auteur : Guy Bladt

not reviewed

gewijzigd op 21/03/00