Частотные спектры шума вентиляторов

Поскольку шум вентилятора состоит из случайных и периодических составляющих, то его принято характеризовать частотными спектрами того или иного вида. Частотный спектр показывает уровни звукового давления или мощности для каждой из частотных составляющих, представляющих определенную полосу частот, т.е. частотное распределение уровней шума, а также суммарный уровень по всем полосам.

Наиболее широко применяются октавные частотные полосы. За основную центральную частоту принимается 1000 Гц, центральные частоты остальных полос получаются умножением 1000 Гц на коэффициенты 10^0,3К и 10^-0,3К, где К — целое число. Граничные частоты каждой полосы связаны с её центральной частотой коэффициентами 10^0,15 и 10^-0,15. Для более подробного описания шумов можно пользоваться 1/3-октавными спектрами. В этом случае центральные частоты связаны с 1000 Гц через коэффициенты 10^0,1К и 10^-0,1К, где К — целое число, а граничные частоты получаются из центральных умножением на 10^0,05 и 10^-0,05 . В таблице приведены значения центральных и граничных частот для частотных полос, используемых для анализа шума вентиляторов (жирным шрифтом отмечены октавные полосы).

Октавные и 1/3-октавные частотные полосы, применяемые для вентиляторов

Суммарный уровень звукового давления может быть получен из формулы:

Lp = 10lg(E10^Li|10),

где E — суммирование по всем частотным полосам, для которых были измерены уровни звуковых давлений Li (таким же образом определяется суммарная звуковая мощность).

Из практики акустических измерений известно, что если в каких-либо частотных полосах уровни звукового давления ниже на 10 дБ и более, чем в других, то такие полосы, практически, не дают вклада в суммарный уровень и их можно не учитывать. Поэтому для быстрого определения суммарного уровня звукового давления, в том случае, если есть несколько преобладающих по уровню частотных полос, можно пользоваться упрощенным методом по графику поправок на рисунке.

График поправок для суммирования уровней звукового давления по полосам частот

Пользоваться графиком надо следующим образом. В спектре звуковых частот, например октавном, выбирают полосу с наибольшим уровнем давления (мощности). Затем выбирают следующую полосу частот по убыванию уровня и определяют разность уровней первой и второй полос L—Li. По графину определяется соответствующее значение добавки dL , которую прибавляют к наибольшему уровню (который был в первой полосе), т.е. заменяют L на L+dL. Полученное новое значение уровня L сравнивают со следующей по убыванию уровня полосой частот и по их разности опять определяют поправку dL и прибавляют её к новому значению L. Таким образом, накапливается суммарный уровень. Для быстрой оценки суммарного уровня бывает достаточно сделать всего несколько шагов.

Существующие стандарты по нормированию шума опираются, в основном, на октавные и, реже, 1/3-октавные спектры. Существенно реже в измерениях используются 1/12-октавные спектры. Все эти виды спектров — это спектры с постоянной относительной шириной полосы, т.е. отношение ширины каждой полосы частот к её средней частоте постоянно внутри каждого типа спектра. Чем выше частота в спектре, тем шире частотная полоса. В научных акустических исследованиях тонкой структуры шума, его особенностей, источников используются, в основном узкополосные спектры, получаемые с помощью процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ или FFT). Такие спектры имеют обычно от нескольких сотен до тысяч частотных полос равной ширины и позволяют детально изучать спектральный состав шума вентиляторов. Более детальный двухканальный (двухмикрофонный) узкополосный взаимноспектральный анализ позволяет определять пути распространения шума и выделять вклады разных источников из общего сигнала или на фоне помех, а также решать другие практические задачи акустических измерений.