So wählen Sie das beste Schalldruckpegelmessgerät für eine genaue Lärmmessung aus

Der Kauf eines Schalldruckpegelmessers ist eine seltsame Erfahrung. Ein Dutzend Instrumente sehen nahezu identisch aus, liegen in einer engen Preisspanne und alle versprechen „hohe Genauigkeit“. Die Unterschiede, die tatsächlich darüber entscheiden, ob Ihre Daten der Prüfung standhalten, sind auf einem Produktfoto selten sichtbar. Sie leben in der Mikrofonkapsel, in der Toleranzklasse, für die das Instrument zugelassen wurde, im Frequenzbereich, den es ehrlich abdecken kann, und in den Informationen, die es Ihnen nach Abschluss der Messung zurückgibt.

Wir verbringen unsere Arbeitstage mit dem Aufbau von Lärm- und Vibrationsmessketten, daher ist unsere Sichtweise eine praktische: Es gibt kein einzelnes bestes Schalldruckpegelmessgerät, sondern nur die beste Übereinstimmung zwischen einem Instrument und einer Aufgabe. In diesem Leitfaden erfahren Sie, was diese Instrumente wirklich messen, wie die Unterscheidung zwischen Klasse 1 und Klasse 2 funktioniert, wann ein Handmessgerät nicht mehr ausreicht und welche Spezifikationen Ihre Aufmerksamkeit verdienen, bevor Sie sich verpflichten.

Was ein Schalldruckpegelmesser tatsächlich misst

Schall ist eine schnelle, winzige Schwankung des Luftdrucks. Der Hintergrund eines ruhigen Büros bewegt die Luft um einen Bruchteil eines Pascal, eine normale Unterhaltung um ein paar Hundertstel Pascal und ein Düsentriebwerk aus nächster Nähe um mehrere zehn Pascal. Da dieser Bereich mehrere Millionen zu eins umfasst, wird er auf eine logarithmische Skala, das Dezibel, mit einem Referenzdruck von 20 Mikropascal (µPa) komprimiert – ungefähr der leiseste 1-kHz-Ton, den ein junges, gesundes Ohr wahrnehmen kann.

Unabhängig vom Preis enthält jedes Schalldruckpegelmessgerät die gleichen vier Blöcke. Eine Mikrofonkapsel wandelt Druck in eine sehr kleine Spannung um. Ein Vorverstärker puffert diese Spannung und treibt ein Kabel ohne zusätzliches Rauschen an. Die Umwandlungs- und Verarbeitungselektronik wendet Frequenzbewertung und Zeitbewertung auf das Signal an. Ein Display, eine Speicherkarte oder eine Netzwerkverbindung übertragen das Ergebnis aus dem Instrument. Der Unterschied zwischen einem preiswerten Messgerät und einer Laborkette liegt nicht in der Architektur, sondern darin, wie zuverlässig jeder Block arbeitet und wie viel vom ursprünglichen Signal Sie behalten dürfen.

Ein Messgerät, das nur eine Zahl anzeigt, verbirgt viele Entscheidungen, die in Ihrem Namen getroffen wurden. Bevor Sie Modelle vergleichen, ist es hilfreich, sich mit dem Vokabular auf dem Datenblatt vertraut zu machen:

• Schalldruckpegel (dB re 20 µPa): der momentane Schalldruckpegel, die Zahl, die Menschen meinen, wenn sie fragen, wie laut etwas ist.
• A-Gewichtung: ein Filter, der niedrige Frequenzen so dämpft, dass er das menschliche Gehör nachahmt; Es ist die Grundlage für fast alle Grenzwerte für Umgebungs- und Arbeitsplatzlärm.
• C-Gewichtung und Z (flach): Schwerere Niederfrequenzinhalte und überhaupt keine Gewichtung, verwendet für Spitzenpegel, Gerätetests und jede Analyse, bei der die Meinung des Instruments nicht in die Daten integriert werden soll.
• Zeitgewichtung: die Schnell-, Langsam- und Impulsreaktionskurven, die bestimmen, wie schnell der angezeigte Pegel einem sich ändernden Signal folgt.
• Leq: das äquivalente kontinuierliche Niveau, ein Energiedurchschnitt über einen bestimmten Zeitraum und eine weitaus bessere Zusammenfassung einer schwankenden Quelle als jeder einzelne Moment.
• Lmax, Lmin und Lpeak: die Extreme, wobei der Spitzenwert auf einem viel schnelleren Detektor gemessen wird, als die Anzeige verfolgen kann.
• Oktav- und Terzbänder: Der nach Frequenz aufgeteilte Pegel, den Sie benötigen, um eine Tonquelle zu identifizieren oder ein Ergebnis mit einer Geräuschbewertungskurve zu vergleichen.
• Statistische Stufen (L10, L50, L90): Die Werte wurden für 10, 50 und 90 Prozent eines Messzeitraums überschritten und werden häufig bei der Bewertung von Verkehrs- und Gemeindelärm verwendet.

Ein Instrument, das nur das erste Element auf dieser Liste meldet, ist ein Screening-Tool. Ein Gerät, das alle diese Meldungen meldet und über genügend Speicher und Akkulaufzeit verfügt, um tagelang weiterzuarbeiten, ist ein Überwachungsgerät. Die Entscheidung, welches von beiden Sie tatsächlich benötigen, ist die erste ehrliche Kaufentscheidung.

Das Instrument an den Job anpassen

Das gleiche Messprinzip bedient ganz unterschiedliche Aufgaben und die Aufgaben stellen unterschiedliche Anforderungen an die Hardware. Die meisten Kauffehler entstehen durch die Wahl eines Instruments, das für eine bestimmte Aufgabe hervorragend geeignet ist, für die eigentliche Aufgabe jedoch nicht geeignet ist.

Genauigkeitsklassen: Klasse 1, Klasse 2 und die Laborkette

Die IEC 61672-1 definiert zwei Leistungsklassen für Schallpegelmesser. Ein Instrument der Klasse 1 muss über einen größeren Frequenzbereich engere Toleranzen einhalten als ein Instrument der Klasse 2, und beide Klassen werden durch Typgenehmigung und in vielen Ländern durch regelmäßige Überprüfung des einzelnen Instruments überprüft. Klasse 1 wird normalerweise überall dort erwartet, wo ein Ergebnis angefochten werden kann – Compliance-Berichterstattung, Rechtsstreitigkeiten, Produktdeklarationen –, während Klasse 2 für allgemeine Umfragen, Screenings und interne Kontrollen geeignet ist.

Die Klassenbezeichnung beschreibt jedoch den Zähler. Es sagt nichts darüber aus, wie gut Sie es genutzt haben, wie das Mikrofon montiert war oder ob die Messkette an dem Tag verifiziert wurde. Ein Messgerät der Klasse 1, das auf die falsche Stelle gerichtet ist, ohne Windschutzscheibe und bei leichter Brise, liefert schlechtere Daten als ein Messgerät der Klasse 2, das sorgfältig verwendet wird.

Der dritte Weg – ein Messmikrofon, das einen dynamischen Signalanalysator speist – liegt völlig außerhalb des Handheld-Klassensystems. Seine Genauigkeit ist eine Eigenschaft der gesamten Kette: Kapsel, Vorverstärker, Verkabelung, Digitalisierer und Kalibrierung. Das gibt Ihnen Freiheit, bedeutet aber auch, dass die Verantwortung für die Rückverfolgbarkeit bei Ihnen liegt.

Das Mikrofon entscheidet mehr als das Messgerät

Wenn Sie eine Idee aus diesem Artikel mitnehmen, dann diese: In den meisten praktischen Situationen schränken die Mikrofonkapsel und ihr Vorverstärker die Qualität einer Messung lange vor der Elektronik ein. Eine Präzisionskapsel mit einem gut abgestimmten Vorverstärker vor einem gewöhnlichen Digitalisierer wird einen hervorragenden Digitalisierer, der von einer mittelmäßigen Kapsel gespeist wird, jedes Mal übertreffen.

Nicht umsonst werden Messkondensatormikrofone nach Durchmesser spezifiziert. Eine Halbzoll-Kapsel bietet einen guten Kompromiss zwischen Empfindlichkeit und Hochfrequenzverhalten, während eine Viertelzoll-Kapsel die Empfindlichkeit für eine breitere, flachere Ansprache und bessere Leistung bei hohen Schallpegeln und auf engstem Raum opfert. Freifeld-, Druck- und Zufallseinfallsversionen sind für unterschiedliche akustische Umgebungen geeignet; Die Wahl der falschen Methode führt bei hohen Frequenzen zu einem Fehler von einigen Zehntel Dezibel, was wichtig ist, wenn Sie Ergebnisse zwischen Labors vergleichen.

Polarisation ist die andere Entscheidung. Extern polarisierte Mikrofone benötigen eine separate 200-V-Versorgung und bieten eine hervorragende Langzeitstabilität. Vorpolarisierte (CCP/IEPE) Typen arbeiten mit einer einfachen Konstantstromversorgung, weshalb sie sich so leicht in moderne Datenerfassungshardware integrieren lassen, einschließlich unserer eigenen akustischen Kondensatormikrofonreihe, bei der Kapsel, Vorverstärker und Stromversorgungsanordnung so aufeinander abgestimmt sind, dass die Empfindlichkeit, anhand derer Sie kalibrieren, der Empfindlichkeit entspricht, mit der Sie messen.

Vom Mikrofon zu den Daten: Was der Analysator hinzufügt

Handmessgeräte verwerfen bewusst Informationen. Die meisten von ihnen berechnen den Pegel gegen die Zeit und behalten nur die Zusammenfassung. Ein dynamischer Signalanalysator macht das Gegenteil: Er speichert die rohe, kalibrierte Wellenform des Mikrofons, sodass jede spätere Frage – Bandpegel, Spektren, Tonalität, Impulsivität, Korrelation mit der Maschinengeschwindigkeit – aus derselben Aufzeichnung ohne einen zweiten Besuch vor Ort beantwortet werden kann.

Die Anforderungen sind einfach zu formulieren. Das analoge Frontend muss das Mikrofon mit Konstantstrom versorgen, typischerweise einige Milliampere bei 18 bis 24 Volt. Der Analog-Digital-Wandler sollte 24-Bit mit gleichzeitiger Abtastung auf allen Kanälen sein, damit die Phasenbeziehungen zwischen Mikrofonen und Beschleunigungsmessern erhalten bleiben. Die Abtastrate muss das Doppelte der höchsten interessierenden Frequenz überschreiten, und in der Praxis benötigen Sie deutlich mehr Spielraum, wenn Sie impulsive Ereignisse erfassen oder die Wellenform für die Wiedergabe wiederverwenden möchten. Ein Hochgeschwindigkeits-Einkanalinstrument wie das ZTU8301C, das mit bis zu 256 kHz abtastet, ist genau die Art von Werkzeug, das ein Mikrofon in eine vollwertige Messstation verwandelt.

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Wenn Sie noch nicht sicher sind, wo ein Allzweckgerät aufhört und ein echter Analysator beginnt, finden Sie hier eine kurze Erklärung Wie sich ein dynamischer Signalanalysator von einem herkömmlichen Instrument unterscheidet ist ein nützlicher Ausgangspunkt.

Wenn ein Mikrofon nicht ausreicht

Viele Lärmprobleme können nicht von einem einzigen Punkt aus gelöst werden. Die Ortung einer Quelle an einer großen Maschine, die Kartierung eines Schallfelds um ein Fahrzeug herum, die Messung von Vorbeifahrgeräuschen oder die Überwachung mehrerer Positionen rund um eine Anlage – all das hängt von der gleichzeitigen Aufzeichnung vieler Kanäle ab. Die Phasenanpassung von Kanal zu Kanal wird wichtiger als die absolute Genauigkeit, da die nützlichen Informationen in den Unterschieden zwischen den Kanälen liegen.

Hier übernehmen Kanalanzahl und Datendurchsatz die Kapselspezifikation. Ein kartenbasierter Analysator wie der ZTG9232I mit 32 über Gigabit-Ethernet gestreamten Kanälen liefert Ihnen in einem Durchgang einen synchronen Schnappschuss einer gesamten Struktur und ermöglicht die Bedienung sowohl akustischer Arrays als auch der normalerweise begleitenden Beschleunigungsmesserkanäle mit derselben Hardware.

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Planen Sie bei Mehrpunktarbeit das Budget für die Verkabelung und die Aufnahmezeit genauso sorgfältig ein wie das Budget für die Kanäle. Eine 32-Kanal-Aufnahme mit einer hohen Abtastrate füllt den Speicher überraschend schnell, und die Möglichkeit, Aufnahmen zu triggern, vorzutriggern und zu segmentieren, ist oft wichtiger als die reine Bandbreite.

Kalibrierung, Rückverfolgbarkeit und Feldprüfungen

Jede akustische Messkette driftet ab und jedes wichtige Ergebnis sollte verteidigt werden. Die Routine ist unkompliziert: Tragen Sie unmittelbar vor der Messung und unmittelbar danach noch einmal einen akustischen Kalibrator auf das Mikrofon auf. Wenn die beiden Prüfungen innerhalb einer kleinen Spanne übereinstimmen, gilt die Kette für die Dauer als stabil. Wenn sie anderer Meinung sind, sind die Daten zwischen ihnen verdächtig, unabhängig davon, wie elegant das Spektrum aussieht.

Feldkalibratoren erzeugen typischerweise 94 dB und 114 dB bei 1 kHz am montierten Mikrofon, wobei ein Kalibrator der Klasse 1 gemäß IEC 60942 der geeignete Begleiter für eine Messkette der Klasse 1 ist. Zusätzlich zu den täglichen Kontrollen sollten das Gerät und das Mikrofon in definierten Abständen zur Überprüfung zurück in ein Labor gehen, damit die Nachvollziehbarkeit Ihrer Ergebnisse nicht von einem Gerät abhängt, das drei Jahre lang stillschweigend gedriftet ist.

• Environment corrections. Temperatur, Luftfeuchtigkeit und statischer Druck beeinflussen alle die Empfindlichkeit der Kapsel, und die größten Auswirkungen treten eher an den Extremen des Betriebsbereichs als in einem komfortablen Labor auf.
• Windschutzscheibe. Outdoors, a windscreen is essential; Sein Einfügungseffekt ist gering, aber nicht Null, und er sollte berücksichtigt werden, wenn Ergebnisse auf den Bruchteil eines Dezibels genau angegeben werden.
• Background noise. Wenn die interessierende Quelle nur wenige Dezibel über dem Hintergrund liegt, ist der gemessene Pegel teilweise der Hintergrund. Die übliche Praxis besteht darin, eine Korrektur vorzunehmen, wenn die Differenz gering ist, und die Messung zu verwerfen, wenn die Quelle den Hintergrund kaum überschreitet.
• Mounting and orientation. Reflexionen vom Bediener, von einem Stativ oder von der Bodenebene können die Genauigkeitsklasse des Instruments selbst überschreiten.

Handheld Meter or Measurement Chain? A Decision Path

Die Entscheidung fällt in der Regel von selbst, wenn Sie drei Fragen ehrlich beantworten. Müssen Sie die Nummer in einem formellen Kontext verteidigen? Müssen Sie die Quelle verstehen, anstatt sie nur zu quantifizieren? Wird jemand in sechs Monaten eine neue Frage zu diesen Daten stellen?

• Zwei oder drei „Nein“-Antworten deuten auf ein Handmessgerät der Klasse 2 hin, das sorgfältig verwendet und mit einem Kalibrator überprüft wurde.
• Ein „Ja“ zur formalen Vertretbarkeit weist auf ein Instrument der Klasse 1 mit Protokollierung und dokumentierter Verifizierungshistorie hin.
• Ein „Ja“ zum Verständnis der Quelle oder zu einer zukünftigen erneuten Analyse weist auf eine Mikrofon- und Analysatorkette hin, in der das Rohsignal erhalten bleibt.

Viele Teams verfügen am Ende über beides: ein Handmessgerät für schnelle Vermessungen und ein kanalbasiertes System für die Messungen, die Berichte erstellen. Wenn sich Ihre Arbeit mit Lärm und Vibrationen beschäftigt, lohnt es sich zu prüfen, wie die beiden Seiten in eine einzige Architektur passen, die unsere ist vibration and dynamic testing systems basieren auf gemeinsamen Sensoren, gemeinsamer Erfassung und einer gemeinsamen Analyseumgebung.

Specifications to Check Before You Buy

Die folgende Liste würden wir auf jedes in Frage kommende Instrument anwenden, unabhängig von der Marke oder der Preisklasse. Arbeiten Sie es der Reihe nach durch und die meisten ungeeigneten Modelle werden sich von selbst entfernen.

1. Microphone type and diameter. Bestätigen Sie, ob es sich um eine Freifeld-, Druck- oder Zufallseinfallskapsel handelt und ob sie vorpolarisiert oder extern polarisiert ist.
2. Frequenzbereich. Überprüfen Sie den Bereich, für den die angegebene Toleranz tatsächlich gilt, und nicht den Bereich, in dem das Gerät lediglich eine Zahl erzeugt.
3. Dynamic range and self-noise. Ein großer Bereich ist nur dann sinnvoll, wenn das untere Ende wirklich leise genug für den niedrigsten erwarteten Pegel ist.
4. Gewichtung und Zeitkonstanten. Die Gewichtung A, C und Z sowie Schnell, Langsam und Impuls decken den Großteil der auf Standards basierenden Arbeit ab.
5. Datenprotokollierung und Speicher. Bestimmen Sie, wie viele Tage unbeaufsichtigte Aufzeichnungen das Instrument aushalten kann und wie die Daten abgerufen werden.
6. Abtastrate und Bittiefe. Achten Sie bei Analysearbeiten auf eine 24-Bit-Konvertierung und gleichzeitige Abtastung über alle Kanäle hinweg.
7. Eingangstyp und Sensorleistung. Spannungs-, IEPE- und Ladeeingänge mit ausreichender Konstantstromversorgung für lange Kabel halten Ihnen alle Möglichkeiten offen.
8. Anzahl der Kanäle. Kaufen Sie für das größte Maß, das Sie realistischerweise erwarten, nicht für das kleinste, das Sie sich vorstellen können.
9. Schnittstelle und Synchronisation. USB für mobiles Arbeiten mit einer Einheit; Ethernet für Festinstallationen und Synchronisierung mehrerer Geräte.
10. Software und Export. Überprüfen Sie, ob die Ergebnisse ohne einen proprietären Konverter in Formate exportiert werden können, die Ihr Berichtsworkflow bereits verwendet.
11. Kalibrierungspfad. Bestätigen Sie, dass die Kapsel mit einem Standard-Feldkalibrator kalibriert und in einem Labor überprüft werden kann.
12. Umweltschutz. Der Einsatz im Freien und in der Industrie erfordert Steckverbinder, Gehäuse und Kabel, die für die Bedingungen ausgelegt sind, denen sie gerecht werden.

Wo Schalldruckmessungen schief gehen

Nach genügend Besuchen vor Ort tauchen immer wieder dieselben wenigen Fehler auf, und keiner von ihnen wird dadurch verursacht, dass das Instrument der falschen Klasse angehört.

• Bei einer Brise ohne Windschutzscheibe messen und mich dann fragen, warum der Tieftonpegel überhöht ist.
• Stehen Sie zwischen der Quelle und dem Mikrofon und messen Sie die Reflexion und nicht die Quelle.
• Einen Pegel aufzeichnen, der nur ein paar Dezibel über dem Hintergrund liegt, und ihn melden, als wäre er allein die Quelle.
• Verwendung von A-gewichteten Daten zur Untersuchung eines niederfrequenten Problems, das durch die A-Gewichtung abgeschwächt werden sollte.
• Man vergisst, dass ein einzelner Leq-Wert keine Impulsquelle beschreiben kann, und lässt Spitzenmessungen gänzlich weg.
• Die Kalibrierung erfolgt zu Beginn einer Vermessung und nicht am Ende, sodass in den Stunden dazwischen nichts die Kette überprüft.
• Nur Zusammenfassungsebenen aufzeichnen und später feststellen, dass die interessante Frage die Wellenform benötigt.

Beachten Sie, dass viele dieser Probleme nicht dadurch gelöst werden, dass man mehr Geld ausgibt, sondern indem man im Voraus entscheidet, was die Daten beantworten sollen. Ein kurzer schriftlicher Messplan, eine Seite lang, verhindert die meisten davon.

Lärm und Vibration zusammenbringen

In der Praxis kommt der Schalldruck selten alleine an. Eine laute Maschine vibriert normalerweise auch, und die beiden Messungen beantworten unterschiedliche Hälften derselben Frage. Mikrofone erfassen, was der Bediener hört; Beschleunigungsmesser und Kraftsensoren zeigen, woher die Energie kommt und wie sie sich durch die Struktur bewegt, bevor sie als Lärm abgestrahlt wird.

Da die Erfassungshardware gemeinsam genutzt wird, sind die Grenzkosten für das Hinzufügen von Vibrationskanälen zu einer Geräuschmessung gering. Derselbe Analysator zeichnet gleichzeitig Mikrofon-, Beschleunigungsmesser- und Kraftkanäle auf, sodass Auftragsverfolgung, Modalanalyse und Übertragungspfadstudien alle auf den in einer einzigen Sitzung erfassten Daten ausgeführt werden können. Während für die akustische Messung ein Kalibrierungszertifikat erforderlich ist, benötigen die Vibrationskanäle eine eigene Kalibrierungsroute, und beide profitieren von einer gemeinsamen Überprüfung, bevor die Maschine in Betrieb geht.

Häufig gestellte Fragen

Ist ein Messgerät der Klasse 1 immer die bessere Wahl?

Nicht automatisch. Mit Klasse 1 erhalten Sie engere Toleranzen und einen breiteren verifizierten Frequenzbereich, was wichtig ist, wenn ein Ergebnis formell verteidigt werden muss. Für Routineuntersuchungen und interne Vergleiche liefert ein sorgfältig eingesetztes Gerät der Klasse 2 vollkommen brauchbare Zahlen. Was beide Klassen vertrauenswürdig macht, sind Kalibrierungsdisziplin und vernünftige Messpraxis.

Kann eine Smartphone-Anwendung ein Schalldruckpegelmessgerät ersetzen?

Ein Telefonmikrofon ist für Sprache konzipiert, nicht für die Messtechnik. Sein Frequenzgang ist ungleichmäßig, seine automatische Verstärkungsregelung ist möglicherweise aktiv und seine absolute Empfindlichkeit ist nicht nachvollziehbar. Telefonanwendungen sind nützlich, um grob zu sagen, ob es in einem Raum laut ist, und nicht, um in einem Bericht festzuhalten.

Wie oft sollte die Kette kalibriert werden?

Feldkontrollen ausnahmslos vor und nach jeder Messsitzung. Laborüberprüfung des Instruments und der Kapsel in Abständen, die durch Ihr Qualitätssystem oder die Vorschriften, nach denen Sie arbeiten, festgelegt sind. Wenn eine Feldprüfung außerhalb der Akzeptanzspanne liegt, behandeln Sie die gesamte Sitzung als verdächtig.

Benötige ich wirklich Oktavbanddaten?

Wenn Sie wissen möchten, was das Geräusch ist und nicht nur, wie laut es ist, dann ja. Ein einzelner A-gewichteter Pegel sagt nichts darüber aus, ob ein Problem tonaler, niederfrequenter oder breitbandiger Natur ist, und die Abhilfestrategie ist in jedem Fall völlig unterschiedlich. Banddaten sind auch das, worauf die meisten Lärmbewertungsschemata basieren.

Wie viel sollte ein gutes Schalldruckpegelmessgerät kosten?

Die Preise spiegeln eher die Leistungsfähigkeit als die Marke wider. Ein Screening-Messgerät, ein Protokollierungsgerät der Klasse 1 und eine Mehrkanal-Analysekette befinden sich in drei klar getrennten Budgetklassen. Der entscheidende Faktor sollte sein, welche Kategorie den Fragen entspricht, die Sie beantworten müssen. Der Kauf einer Klasse über Ihrem Bedarf ist erschwinglich; Wenn Sie eine Klasse darunter kaufen, müssen Sie die Arbeit normalerweise wiederholen.

Bei der Suche nach dem besten Schalldruckpegelmesser geht es vor allem um die Messabsicht. Entscheiden Sie, was die Daten beweisen müssen, wie lange sie überleben müssen und wer sie möglicherweise noch einmal prüft, und das Lastenheft wird viel einfacher zu lesen. Wählen Sie zuerst die Kapsel, dann die Konvertierungselektronik und zuletzt das Gehäuse – und kalibrieren Sie dann die gesamte Kette, bevor Sie sich auf eine einzelne Zahl verlassen, die sie erzeugt. Diese Denkweise hat uns auf Brücken, Maschinenhallen, Labors und Baustellen gute Dienste geleistet, und sie wird auch Ihnen gute Dienste leisten.