Advanced noise source identification

Dal fonometro alla acoustic camera

Da molti anni ormai, il rumore emesso dai prodotti in vendita è normato da leggi e direttive; ci sono livelli di rumore massimi per i macchinari che si usano all’aperto e minimi per i veicoli elettrici.

Nei negozi non si trova un frigorifero o una lavatrice che non esponga un’etichetta energetica con la specifica, tra le altre informazioni, dei livelli di rumore e di potenza sonora. I vantaggi di tale etichettatura sono considerevoli.

Prendiamo il marchio CE come esempio; le aziende sanno che i prodotti con marchio CE possono essere venduti nel SEE (Spazio Economico Europeo) senza limitazioni e i consumatori hanno la garanzia dello stesso livello di salute, sicurezza e protezione ambientale in tutto il SEE.

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BK CONNECT ACOUSTIC CAMERA

Tuttavia, prima che un prodotto arrivi alla fase in cui è pronto per la produzione e per essere sottoposto alla valutazione della potenza sonora, conformemente alle normative internazionali, vi è un bel quantitativo di operazioni di ingegneria da svolgere nei reparti Ricerca e Sviluppo (R&S) e garanzia di qualità.

Le piccole e medie imprese, in particolare, desiderano rilevare le sorgenti di rumore fastidiose in fase di ricerca e sviluppo a fronte di un investimento minimo.

La tecnica semplice, che prevede l’uso di un fonometro per quantificare il livello di pressione sonora, raramente fornisce informazioni sufficienti a suggerire modifiche di progettazione efficienti per ridurre il rumore emesso.

Accoustic camera systemIl sistema completo Acoustic Camera, che include un array di microfoni portatile, un front end di acquisizione dati LAN-XI e un PC.

In casi come questo, l’Acoustic Camera potrebbe essere un valido aiuto. Attraverso la combinazione di 30 microfoni in una matrice (array) Acoustic Camera BK Connect® di Brüel & Kjær è un dispositivo portatile che fornisce all’utente la mappa dei rumori del dispositivo sottoposto a test.

Durante l’uso di Acoustic Camera, il tecnico e l’ingegnere incaricato del test, a cui è stato assegnato il compito di migliorare l’acustica del dispositivo, possono vedere immediatamente da dove proviene il suono.

Conoscendo la posizione delle sorgenti principali, del loro contenuto spettrale e dei contributi della loro potenza sonora relativa, è possibile ottenere una buona comprensione delle cause di base e dei meccanismi di propagazione.

Acoustic camera with Sound Level Meter










Usando il cursore nello spettrogramma, è possibile rivolgere l’attenzione sui singoli eventi

Acoustic camera interfaceL’interfaccia utente di Acoustic Camera mostra la mappa acustica, lo spettrogramma, il contenuto in frequenza e la potenza sonora

Tuttavia, il lavoro non finisce qui. I risultati dei test devono essere riferiti ai colleghi o magari alla direzione, le modifiche proposte devono essere implementate e nuovamente testate.

Acoustic Camera può essere d’aiuto anche in questo caso. Non solo può fornire la mappatura acustica, ma anche spettrogrammi, grafici della potenza sonora e video finalizzati alla documentazione e al confronto.

I test registrati possono essere riprodotti a velocità più lente per analizzare eventi di breve durata. Queste funzionalità si sono dimostrate valide per la risoluzione dei problemi, per la rilevazione di “sferragliamenti” “scricchiolii ”o altri fastidi, e per la valutazione delle lamentele dei clienti.


Misurazioni con tecnica beamforming

Per ottenere la panoramica di una situazione di rumore vicino al dispositivo sotto test, Acoustic Camera deve idealmente essere posizionata a circa 35 cm (il diametro del array) dalla sorgente.

La tecnica di beamforming con algoritmo “delay and sum, che si basa sul tempo di sfasamento del segnale acustico dalla sorgente all’array, viene quindi usata per elaborare una mappatura del rumore così come vista dall’array.

Tale mappa è conosciuta come mappa di contributo della pressione acustica. Per quanto riguarda le misurazioni beamforming, i 30 microfoni presenti nell’ array sono montati a filo su una piastra, in modo tale da ridurre significativamente il disturbo prodotto dal rumore di fondo.

Beamforming measurement with acoustic cameraAcoustic Camera utilizzata con la piastra riflettente e un tablet in modalità beamforming.


Analisi dettagliata con la tecnica olografica

Se deve essere analizzata una particolare regione, la piastra può essere tolta e l’ array posizionato a 5 cm (la distanza media tra i microfoni) dal dispositivo sotto test.

A tale distanza ravvicinata, i microfoni in array possono rilevare tutte le informazioni su ampiezza e fase delle onde acustiche che si propagano, che consentono di ottenere una descrizione completa del campo sonoro da calcolare; questa è la tecnica olografica.

Gli intervalli di frequenza utili di queste tecniche non coprono l’intervallo di frequenza completo di interesse dell’ingegnere acustico; la risoluzione del beamforming è correlata alla lunghezza d’onda sonora ed è pertanto più utile alle alte frequenze, mentre l’olografia può essere usata a basse frequenze, dato che la sua risoluzione è stabilita dalla distanza tra i microfoni.

Tuttavia, per il rumore stazionario, c’è una soluzione chiamata olografia a banda larga (Wideband Holography). Con l’olografia a banda larga, i dati sono misurati con l’array collocato a 10 cm dal dispositivo sotto test (due volte la distanza media tra i microfoni), che è una via di mezzotra  la posizione ideale per l’olografia e il beamforming. I dati sono quindi trasferiti all’applicazione Array Acoustics Postprocessing che contiene il calcolo dell’olografia a banda larga (WBH). Questo algoritmo brevettato garantisce stime eccellenti dei livelli di potenza acustica sia alle basse che alle alte frequenze.



La risoluzione del beamforming è correlata alla lunghezza d’onda sonora ed è pertanto più utile alle alte frequenze, mentre l’olografia può essere usata alle basse frequenze, dato che la sua risoluzione è stabilita dalla distanza tra i microfoni.



Integrazione dell’uso di una acoustic camera nei progetti di R&S

Per riepilogare, Acoustic Camera BK Connect è uno strumento prezioso per l’identificazione delle sorgenti di rumore, perfetto per aziende di dimensioni da piccole a medie che hanno un lavoro ben definito da svolgere. Il parco di utilizzatori a cui si rivolge è enorme e include i subfornitori di isolanti acustici per il settore automotive, i produttori di guarnizioni per porte e finestre, di computer, pompe e apparecchiature elettriche. La funzionalità di Acoustic Camera può essere aumentata, se e quando necessario, con un array di microfoni più numeroso, oppure con una post-elaborazione ulteriore come l’olografia a banda larga o una delle molte applicazioni BK Connect, come Sound Quality Metrics.

Acoustic camera array system
Acoustic Camera può essere usata con altri array come questo, che consta di 106 canali ed è usato per misurazioni su pompe.

Acoustic camera array systemAcoustic Camera utilizzata per misurazioni di precisione su tastiere che emettono tintinnii.