Sonómetros explicados: clases, ponderaciones, calibración y uso en campo

Si te paras en la plataforma de un puente a las seis de la mañana, o al lado de un compresor que todos en el taller juran que es perfectamente normal, tarde o temprano llegas a la misma conclusión: una impresión no es una medida. Existe un sonómetro para realizar esa conversión. La presión acústica en pascales se convierte en un número en decibeles, y ese número se puede comparar con un límite, una línea de base o una lectura que otra persona tomó en el mismo lugar hace dos años.

Construimos la cadena de medición que se encuentra detrás de esos números todos los días: micrófonos de condensador, analizadores de señales dinámicas multicanal, equipos de excitación e instrumentos de calibración. Las mismas preguntas siguen llegando de ingenieros de pruebas, equipos de mantenimiento y laboratorios universitarios, por lo que esta guía reúne las respuestas prácticas en un solo lugar: qué mide realmente el instrumento, cómo lo clasifican los estándares, dónde suelen fallar las lecturas y cuándo un medidor portátil debería dar paso a un sistema de adquisición completo.

Lo que realmente mide un sonómetro

Dentro del instrumento, el diafragma de un micrófono se mueve unos pocos nanómetros y produce un voltaje proporcional a la presión del sonido. Luego, esa presión se expresa en relación con una referencia de 20 micropascales, aproximadamente el umbral de audición a 1 kHz, utilizando una relación logarítmica: 20 veces el logaritmo de base 10 de la presión medida dividido por la presión de referencia. La escala de decibeles existe porque el oído en sí es logarítmico. Un aumento de seis decibeles duplica la presión sonora, un aumento de diez decibelios suele oírse aproximadamente el doble de fuerte y un aumento de cien veces la presión se convierte en unos manejables cuarenta decibelios.

Tenga en cuenta lo que se está midiendo. Un sonómetro informa del nivel de presión sonora en la posición de su cápsula. No informa sobre la potencia del sonido, que describe la propia fuente y se obtiene mediante métodos bastante diferentes. Mantener clara esa distinción evita una gran confusión cuando la hoja de datos de un proveedor y un estudio del sitio parecen no estar de acuerdo.

Los contadores modernos rara vez se detienen en un nivel instantáneo. El detector promedia la señal ponderada y el instrumento almacena una familia de resultados. La siguiente tabla enumera los que aparecen con más frecuencia en informes y estándares.

Dentro del instrumento: cápsula, preamplificador, detector

La mayoría de los medidores profesionales utilizan una cápsula de condensador de media pulgada. Un delgado diafragma metalizado se encuentra cerca de una placa posterior, y la capacitancia cambiante entre ellos se convierte en voltaje. Las cápsulas polarizadas externamente necesitan un suministro de polarización estable; Los diseños prepolarizados llevan una carga permanente en el material del diafragma y toleran las condiciones de campo más fácilmente. La orientación de la cápsula también importa: los micrófonos de campo libre se corrigen para la perturbación causada por su propio cuerpo cuando apuntan a la fuente, los micrófonos de presión están diseñados para montaje empotrado o acopladores, y los tipos de incidencia aleatoria dividen la diferencia.

Detrás de la cápsula, el preamplificador debe presentar una impedancia de entrada extremadamente alta para que la pequeña señal de la cápsula sobreviva al cable. Desde allí, la señal pasa a través de la red de ponderación de frecuencia, el detector de raíz cuadrática media con sus constantes de tiempo seleccionables y, finalmente, la etapa de visualización y registro. Vale la pena recordar dónde se decide realmente la precisión. La visualización no contribuye casi en nada al error; la cápsula, su calibración y la acústica alrededor del instrumento deciden casi todo.

Debido a que la parte frontal de cualquier medición acústica es un sensor, mantenemos un gran interés en la calidad de la cápsula y la estabilidad mecánica. Nuestros micrófonos acústicos de condensador están diseñados para uso en laboratorio y campo junto con los analizadores que registran su salida.

Micrófonos acústicos de condensador Categoría de producto Actualmente, esta página de categoría no incluye modelos de micrófonos, pero coloca cápsulas acústicas junto con analizadores y equipos de medición de vibraciones. Ver producto →

Ponderación de frecuencia y tiempo sin jerga

El oído humano no es igualmente sensible en todas las frecuencias y no existe una ponderación única que se adapte a todas las preguntas. Por lo tanto, los estándares definen varias curvas y una lectura no tiene sentido a menos que la curva se indique junto con la constante de tiempo utilizada para suavizarla.

La ponderación temporal funciona en paralelo. Fast utiliza una constante exponencial de 125 milisegundos y se comporta aproximadamente como la percepción humana del volumen; Lento usa un segundo y da una lectura más estable; El impulso utiliza un aumento rápido y una caída lenta para eventos transitorios. Cuando un informe dice "82 dB" y nada más, pregunte qué ponderación y qué constante de tiempo se aplicaron. El mismo evento puede producir fácilmente valores separados por cuatro o cinco decibelios en diferentes entornos.

Para mantener los números anclados en la experiencia cotidiana, el siguiente cuadro compara los niveles típicos ponderados A. Es una referencia para la intuición más que un sustituto de la medición.

Clases IEC 61672: Clase 1 y Clase 2 en la práctica

La norma internacional IEC 61672 divide los instrumentos en dos clases de rendimiento. La diferencia no es cosmética: establece cuánta tolerancia permite el fabricante en cada frecuencia, qué tan amplio debe ser el rango de operación lineal y, en consecuencia, qué mediciones el instrumento puede soportar de manera creíble. Las cifras siguientes son típicas más que exhaustivas, por lo que siempre confirme los detalles con la edición actual de la norma y sus reglas de verificación nacionales.

Dos instrumentos de diferentes clases pueden ser "correctos" y aún así estar en desacuerdo por un decibelio o más en los extremos de frecuencia. Si un contrato cita una clase, trate la cita como un requisito, no como una preferencia.

Cinco preguntas que debe responder antes de comparar modelos

Las listas de precios rara vez responden a las preguntas que deciden si una compra funciona o no. Normalmente iniciamos una conversación con estos:

1. ¿Qué decisión apoyará el número? Un examen puntual y una prueba de cumplimiento contractual justifican instrumentos diferentes.
2. ¿Qué métrica especifica realmente el límite? La ponderación, la constante de tiempo y el período promedio deben anotarse antes de la primera medición.
3. ¿Un solo punto o un mapa? Si necesita varias ubicaciones simultáneamente, o ruido junto con vibración, un solo medidor portátil eventualmente se convertirá en un cuello de botella.
4. ¿Cuánto tiempo desatendido? La duración del registro, la memoria, la duración de la batería, la protección climática y el acceso remoto son importantes una vez que se realiza una medición durante semanas.
5. ¿Quién lo verifica y con qué frecuencia? La calibración y la verificación periódica deben planificarse en el momento de la compra, no descubrirse en la primera auditoría.

La calibración es el hábito que separa los datos de los números

Un calibrador acústico se coloca sobre la cápsula y produce un nivel conocido, generalmente 94 dB a 1 kHz, con 114 dB disponibles para comprobar la linealidad en niveles más altos. La rutina es corta y no es opcional: verificar antes de la medición, verificar después y registrar ambos valores en el archivo. Una desviación de más de medio decibel es una señal para detenerse e investigar en lugar de aplicar una corrección y continuar.

El medio ambiente merece igual atención. El viento que sopla a través de la cápsula genera su propio ruido, que un parabrisas de espuma reduce pero nunca elimina. La temperatura, la humedad, la presión atmosférica y el ajuste del calibrador cambian ligeramente las lecturas. Al comparar dos encuestas con meses de diferencia, tenga en cuenta estas condiciones con tanta atención como observa el modelo del instrumento.

La misma disciplina se aplica al lado de las vibraciones de un programa de pruebas, donde los acelerómetros y los amplificadores de carga necesitan el mismo tipo de verificación de campo. Nuestro calibrador de vibración portátil cubre esa parte de la cadena, por lo que se puede verificar un estudio combinado de ruido y vibración desde una bolsa del kit.

Calibrador de vibración portátil para verificación de campo La categoría enumera cinco calibradores de vibración portátiles, que respaldan la verificación de campo de acelerómetros y cadenas de amplificadores de carga en estudios combinados de ruido y vibración. Ver producto →

Donde los sonómetros se ganan el sustento

El instrumento es de propósito general; las aplicaciones son específicas, y cada una impone sus propios hábitos:

• Ruido ambiental y comunitario. Registro a largo plazo en límites, estadísticas percentiles y documentación cuidadosa del clima y las condiciones operativas.
• Acústica de edificios. Aislamiento aéreo y contra impactos, tiempo de reverberación y datos de banda de octava que requieren la mayoría de los métodos de clasificación.
• Ruido de maquinaria y productos. Identificar fuentes dominantes, comparar variantes de diseño y respaldar declaraciones o pruebas de aceptación.
• Exposición en el lugar de trabajo. Dosimetría personal y estudios de área, prestando atención a la duración, los eventos máximos y el patrón de exposición real.
• Transporte. Mediciones de paso, confort interior de vehículos, ruido ferroviario y marítimo, donde normalmente es necesario registrar las vibraciones al mismo tiempo.
• Docencia e investigación. Ejercicios de laboratorio y proyectos de estudiantes, donde un instrumento robusto con configuraciones claras enseña mejores hábitos que una aplicación.

Si un proyecto abarca varias de estas áreas, suele ser más económico planificar toda la cadena a la vez que comprar instrumentos separados para cada una. Nuestro Soluciones de pruebas dinámicas y de vibración. están organizados en torno a esa idea: sensores, adquisición, excitación, calibración y software diseñados para funcionar como un solo sistema.

Hábitos de campo que protegen la lectura

La mayoría de los malos datos acústicos no son causados por malos instrumentos. Se debe a pequeñas decisiones procesales tomadas bajo presión de tiempo. Estos son los que vemos con más frecuencia:

1. Sostenga el medidor con el brazo extendido o móntelo en un trípode; tu cuerpo refleja el sonido y tu mano puede enmascarar la cápsula.
2. Apunte una cápsula de campo libre hacia la fuente y mantenga el ángulo constante entre los puntos de medición.
3. Tenga en cuenta la ponderación, la constante de tiempo y el período promedio de cada resultado almacenado, no solo la cifra principal.
4. Grabe un archivo de audio corto o una instantánea de un tercio de octava junto con el nivel, para poder explicar un resultado extraño más adelante.
5. Mida el fondo por separado; una fuente que está sólo unos pocos decibeles por encima del fondo no se puede cuantificar de forma sencilla.
6. Registre el número de serie del instrumento, los valores de calibración y la versión del firmware en el informe en todo momento.

Cuando un medidor portátil ya no es suficiente

Un medidor de mano responde a la pregunta "qué tan alto". Tiene dificultades con "qué componente y por qué". Una vez que un proyecto necesita espectros de tercio de octava o de banda estrecha, análisis de pedidos en maquinaria giratoria, canales simultáneos de ruido y vibración o monitoreo continuo durante meses, el siguiente paso natural es un analizador de señales dinámicas multicanal con los transductores apropiados conectados.

Ese paso cambia el flujo de trabajo de manera útil. Todos los canales comparten una base de tiempo, por lo que las relaciones de fase sobreviven y el análisis de la ruta de transferencia se hace posible. Los datos se pueden transmitir a una red en lugar de transportarlos desde el sitio en una tarjeta de memoria. Y el mismo hardware que registra el ruido también registra la aceleración, la fuerza y ​​la tensión, que es exactamente lo que requiere una prueba modal o una investigación.

Los analizadores en red, como nuestros instrumentos de la familia ZTN8128, generalmente se implementan donde se deben capturar varios puntos de medición juntos, por ejemplo, el gabinete de una máquina, un banco de pruebas de cajas de cambios o la fachada de un edificio con múltiples posiciones de micrófono.

Analizador de señal dinámica IEPE/voltaje de 8 canales ZT-N8208I Un analizador de ocho canales y 24 bits con Ethernet de 100 Mbps, excitación IEPE y muestreo de 128 kHz para medición sincronizada de vibraciones y golpes. Ver producto →

Si está sopesando los dos enfoques, nuestra nota sobre en qué se diferencia un analizador de señales dinámicas de un instrumento tradicional analiza las compensaciones con más detalle.

El patrón en todo esto es consistente. Un sonómetro premia la preparación mucho más que las características: una métrica indicada, una cápsula verificada, una posición de medición sensata y una verificación de calibración registrada superarán a un instrumento más caro utilizado sin cuidado. Ya sea que el número termine respaldando un informe de cumplimiento, una decisión de diseño o el primer experimento de un estudiante, merece la misma disciplina. Esa es la parte del trabajo que más disfrutamos y siempre estamos encantados de analizar la cadena de medición antes de realizar el pedido y no después.