Accelerometer calibration

Accelerometer calibration and mounting effect

Transducer คือ อุปกรณ์ที่แปลงสัญญาณข้อมูลจากสัญญาณที่ตรวจจับได้ให้เป็นสัญญาณทางไฟฟ้า หรือเมื่อมีการจำแนกหน้าที่หรือระบุการรับสัญญาณ เราอาจจะเรียกว่า Sensor ซึ่ง Transducer
ที่นิยมแพร่หลายสำหรับใช้วัดค่า Vibration อย่างนึงก็คือ Accelerometer ซึ่งมีส่วนประกอบ ตามภาพ

วิธีการติดตั้งหัววัด Transducer กับอุปกรณ์ เป็นอีกปัจจัยนึงที่ส่งผลลัพธ์ในการวัดแรงสั่นสะเทือน ซึ่งวัสดุในการ Mounting แต่ละประเภท จะมีการตอบสนองความถี่ หรือทำให้เกิด Resonance ที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างการ Mounting Sensor ในแบบต่างๆ

ดังนั้นในการเลือกการ Mounting ที่เหมาะสม จะช่วยในเรื่องของความแม่นยำในการวัดได้ สิ่งที่สำคัญที่สุดก็คือการเชื่อมต่อระหว่าง Sensor กับวัตถุที่ต้องการทำการทดสอบ และพื้นผิวจะต้องเป็นพื้นผิวที่เรียบที่สุด ไม่ควรจะมีความยืดหยุ่นระหว่าง Sensor และผิวทดสอบ ในกรณีที่ต้องใช้วิธีการ Mounting แบบ Handheld ซึ่งวิธีนี้เหมาะกับการวัดในลักษณะที่เป็น Vibration survey หรือควรจะเลือกช่วงการใช้งานหรือใช้ Filter ที่ไม่เกิน 1000 Hz

ภาพตัวอย่างการ Mouting Sensor โดยใช้ Stud mounting ในการสอบเทียบของห้องปฏิบัติการ Acoustic Laboratory Thailand (ALT)

ทางห้องปฏิบัติการของเรา Acoustic Laboratory Thailand (ALT) มีการให้บริการสอบเทียบ Sensor วัดแรงสั่นสะเทือน Accelerometer ตามมาตรฐาน ISO 16063-21: Calibration of vibration transducers by comparison to a reference transducer ซึ่ง Reference transducer สามารถสอบย้อนกลับ (Traceable) ไปยังหน่วยงานระดับนานาชาติ จึงมั่นใจได้ว่าในห่วงโซ่ของการสอบเทียบ
มีความถูกต้อง แม่นยำ เที่ยงตรง สามารถสอบย้อนกลับได้

ที่มา: www.สอบเทียบเสียง.com/ระบบสอบเทยบ-สำหรบเสยงแล/

การดูดซับเสียงคืออะไร

การดูดซับเสียง

การดูดซึมหมายถึงกระบวนการที่วัสดุ โครงสร้าง หรือวัตถุเข้ามา พลังงาน เมื่อไรที่ คลื่น ตรงข้ามกับ การสะท้อน พลังงาน ส่วนหนึ่ง ของพลังงานที่ดูดซับจะถูกเปลี่ยนเป็น ความร้อน และส่วนหนึ่งถูกส่งผ่านวุตถุที่ดูดซับ พลังงานที่เปลี่ยนเป็นความร้อนได้รับการกล่าวขานว่า ‘สูญเสีย’ (เช่น สปริง แดมเปอร์ เป็นต้น)

การดูดซับเสียงคืออะไร?

เมื่อคลื่นเสียงสัมผัสกับพื้นผิวของวัสดุ ส่วนหนึ่งของคลื่นจะสะท้อนกลับ ส่วนหนึ่งจะแทรกซึม และส่วนที่เหลือจะดูดซับโดยตัววัสดุเอง

สูตรดูดซับเสียง

อัตราส่วนของพลังงานเสียงที่ดูดซับ (E) ต่อพลังงานเสียงที่ตกกระทบ (Eo) เรียกว่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียง (α) อัตราส่วนนี้เป็นตัวบ่งชี้หลักที่ใช้ในการประเมินคุณสมบัติการดูดซับเสียงของวัสดุ สามารถใช้สูตรเพื่อแสดงสิ่งนี้ได้

α (สัมประสิทธิ์การดูดกลืน) =E (พลังงานเสียงที่ดูดซับ)/ Eo (พลังงานเสียงของเหตุการณ์)

ในสูตรนี้:

α คือสัมประสิทธิ์การดูดกลืนเสียง

E คือพลังงานเสียงที่ดูดซับ (รวมถึงส่วนที่ซึมผ่าน)

Eo เป็นพลังงานเสียงที่เกิดขึ้น

โดยทั่วไป ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนเสียงของวัสดุจะอยู่ระหว่าง 0 ถึง 1 ยิ่งตัวเลขมีค่ามากเท่าใด คุณสมบัติในการดูดซับเสียงก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียงของตัวดูดซับเสียงแบบแขวนอาจมีมากกว่าหนึ่งค่า เนื่องจากพื้นที่ดูดซับเสียงที่มีประสิทธิภาพนั้นใหญ่กว่าพื้นที่ที่คำนวณได้

ตัวอย่าง: ถ้าผนังถูกดูดซับ 63% ของพลังงานที่ตกกระทบและ 37% ของพลังงานสะท้อน ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนของผนังจะเท่ากับ 0.63

เราจะวัดค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับได้อย่างไร

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนและอิมพีแดนซ์ถูกกำหนดโดยสองวิธีที่แตกต่างกันตามประเภทของสนามคลื่นตกกระทบ

ท่อของ Kundt (ISO 10534-2)
ห้องสะท้อนเสียง (ISO 354)

วิธีการวัดท่อของ Kundt: (ISO 10543-2)

สำหรับการวัดตัวอย่างขนาดเล็ก ให้ใช้ท่อของ Kundt หรือท่ออิมพีแดนซ์ที่เรียกว่าท่อคลื่นนิ่ง ผลลัพธ์จากการวัดค่าตัวประกอบการดูดกลืนและอิมพีแดนซ์เสียงโดยใช้วิธีคลื่นนิ่งจะมีความหมายก็ต่อเมื่อสมมติว่าสิ่งเหล่านี้ไม่ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นงานทดสอบ ซึ่งปกติแล้วจะค่อนข้างเล็ก ปัจจัยการดูดกลืนสำหรับอุบัติการณ์ปกติถูกกำหนดโดยการวัดแอมพลิจูดแรงดันสูงสุดและต่ำสุดในคลื่นนิ่งที่ติดตั้งในท่อโดยลำโพง

เทคนิคพื้นฐานนี้เป็นเทคนิคพื้นฐานที่กล่าวถึงในบทนำซึ่งถือว่าล้าสมัยเล็กน้อยเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการที่ทันสมัยกว่าโดยอิงจากการถ่ายโอน
ซึ่งดำเนินการค่อนข้างช้า (1993) ในมาตรฐานสากล ISO 10534-1 หลังจากใช้งานมาอย่างน้อย 50 ปี อุปกรณ์เชิงพาณิชย์ก็มีมาหลายทศวรรษแล้ว อย่างไรก็ตาม ยังมีส่วนที่สองของมาตรฐานดังกล่าว คือ ISO 10534-2 โดยอิงจากการใช้สัญญาณบรอดแบนด์และการวัดฟังก์ชันการถ่ายโอนแรงดันระหว่างตำแหน่งต่างๆ ในท่อ ISO 10543-2 ซึ่งบอกเป็นนัยถึงวิธีการไมโครโฟนสองตัวที่ระบุถูกขยายไปยังสนามคลื่นทรงกลม

โดยปกติท่อ Placid Impedance จะใช้สำหรับการวัดค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับและการวัดการสูญเสียการส่งผ่าน

(https://www.placidinstruments.com/product/impedance-tube/)

รูปด้านบนแสดงหลอดอิมพีแดนซ์

Click here to refer Placid Sound absorption measurement

Click here to refer Placid Sound transmission loss measurement

ห้องสะท้อนเสียง (ISO 354)

วิธีการของห้องสะท้อนเสียงเป็นวิธีการดั้งเดิม การวัดค่าตัวประกอบการดูดซับของตัวอย่างขนาดใหญ่จะดำเนินการในห้องสะท้อนเสียง จากนั้นค่าหนึ่งจะกำหนดค่าเฉลี่ยของมุมตกกระทบทั้งหมดภายใต้สภาวะสนามแบบกระจาย ข้อมูลผลิตภัณฑ์โดยปกติผู้ผลิตตัวดูดซับถูกกำหนดตามมาตรฐานสากล ISO 354 ที่จำเป็นสำหรับการวัดคือ 10-12 ตารางเมตรและมีข้อกำหนดเกี่ยวกับรูปร่างของพื้นที่ เหตุผลของข้อกำหนดเหล่านี้คือปัจจัยการดูดซับที่กำหนดวิธีการนี้จะรวมจำนวนเงินเพิ่มเติมเนื่องจากผลกระทบของขอบ ซึ่งเป็นปรากฏการณ์การเลี้ยวเบนตามแนวขอบของชิ้นงานทดสอบเสมอ ผลกระทบนี้ทำให้ชิ้นงานทดสอบมีเสียงขนาดใหญ่ขึ้นในพื้นที่เรขาคณิต ซึ่งอาจส่งผลให้ได้ปัจจัยการดูดซับที่มากกว่า 1.0 แน่นอนว่านี่ไม่ได้หมายความว่าพลังงานที่ดูดซับมีมากกว่าพลังงานที่ตกกระทบ

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียงของวัสดุต่างๆ

การดูดซับเสียงของวัสดุไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติอื่นๆ ของวัสดุ ความหนา และสภาพพื้นผิว (ชั้นอากาศและความหนา) แต่ยังเกี่ยวข้องกับมุมตกกระทบและความถี่ของคลื่นเสียงด้วย ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียงจะเปลี่ยนไปตามความถี่สูง กลาง และต่ำ เพื่อสะท้อนคุณสมบัติการดูดซับเสียงของวัสดุหนึ่งอย่างครอบคลุม จึงได้ตั้งค่าความถี่หกความถี่ (125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz, 4000Hz) เพื่อแสดงการเปลี่ยนแปลงของค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียง หากอัตราส่วนเฉลี่ยของความถี่ทั้งหกมีค่ามากกว่า 0.2 วัสดุนั้นสามารถจัดเป็นวัสดุดูดซับเสียงได้

การใช้ตัวดูดซับเสียง

วัสดุเหล่านี้สามารถใช้เป็นฉนวนกันเสียงของผนัง พื้น และเพดานของห้องแสดงคอนเสิร์ต โรงภาพยนตร์ หอประชุม และสตูดิโอกระจายเสียง ด้วยการใช้วัสดุดูดซับเสียงอย่างเหมาะสม สามารถปรับปรุงการถ่ายทอดภายในของคลื่นเสียงเพื่อสร้างเอฟเฟกต์เสียงที่ดียิ่งขึ้น

เลือกตัวดูดซับเสียงของคุณจาก https://www.blast-block.com/

ที่มา: www.สอบเทียบเสียง.com/การดดซบเสยง/

นิยามของเสียง และ Parameter ต่างๆของงานวัดระดับเสียง ในงานสิ่งแวดล้อม

Sound Pressure Level; SPL (ความดันเสียง)

คือ ความดันของอากาศที่มีการเปลี่ยนแปลงไปจากความดันปกติขณะไม่มีคลื่นเสียง โดยทั่วไป Range ของเสียงที่มนุษย์สามารถรับรู้ได้ในกรณีที่เป็นหน่วยความดันจะอยู่ที่

20 mPa – 200,000,000 mPa at 1000 Hz.

การแปลงหน่วยของ Pressure ที่เป็นความดัน มาเป็น dB ทำได้ดังตัวอย่างต่อไปนี้

กำหนดให้

P = Sound pressure

P₀ = reference sound pressure = 20 mPa อ้างอิงจากระดับความดันเสียงเริ่มต้นที่มนุษย์สามารถได้ยิน

เดซิเบล (Decibel; dB)

คือ หน่วยวัดที่แปลงมาจากค่าระดับความดันเสียงโดยใช้สเกลของลอการิทึม ซึ่งเป็นการนิยามหน่วยโดยใช้ชื่อมาจาก Alexander Graham Bell และในสาขาอคูสติกส์ หน่วยของ dB จะถูกใช้ในการวัดค่าทางเสียงซึ่งมีการแปลงขนาดของตัวเลขให้เล็กลงมาจากค่าของ Pressure ซึ่งมีหน่วยเป็นความดัน ทำให้เข้าใจง่ายยิ่งขึ้น

ความถี่เสียง (Frequency of Sound)

ความถี่ของเสียงมีหน่วยเป็น (เฮิสต์) Hz หรือ รอบต่อวินาที

โดยทั่วไปแล้วมนุษย์จะสามารถตอบสนองความถี่เสียงในช่วง 20Hz ถึง 20,000Hz และเมื่ออายุมากขึ้นความสามารถในการรับรู้ในความถี่สูงจะลดลง

Frequency Weighing (การถ่วงน้ำหนักความถี่)

ในการวัดค่าระดับเสียงนั้นจะมีการกรองหรือถ่วงน้ำหนักของความถี่ตามวัตถุประสงค์ของการนำไปใช้ในการประเมิน ซึ่งหากต้องการประเมินเสียงที่เกี่ยวของกับการได้ยินของมนุษย์ จะใช้การใช้สเกลถ่วงน้ำหนักแบบ A (A-Weighted) ซึ่งจะเป็นการกรองค่าความถี่ต่ำที่มนุษย์ตอบสนองได้น้อยลงไป ส่วนการใช้สเกลการถ่วงน้ำหนักแบบ C (C-Weighted) จะเน้นในการศึกษาระดับเสียงที่มีความดังหรือมีค่าของความถี่ต่ำที่สูง ส่วน Z W-Weighting จะไม่มีการถ่วงน้ำหนักใดๆ

เรามักจะสั่งเกตุได้ว่าในเครื่องมือวัดเสียง หรือการรายงานผลค่าระดับเสียงจะมีอักษรต่อท้ายค่า dB เช่น dB(A) ซึ่งหมายถึงสเกลในการวัดได้มีการประเมินค่าเสียงที่มีผลต่อการได้ยินของมนุษย์

Time Weighing (การถ่วงน้ำหนักเวลา)

ในการวัดค่าระดับเสียง SPL จะมีการตั้งค่าการถ่วงน้ำหนักในการตอบสนองของเวลาที่เกิดเสียง

Fast หรือ F คือ การเปลี่ยนแปลงของเสียงที่ไม่คงที่ เช่น เสียงการจราจรบนท้องถนน

มีการเปลี่ยนแปลงของระดับเสียง 0.125 วินาที

Slow หรือ S คือ เสียงที่มีระดับคงที่ เช่น เสียงมอเตอร์ที่หมุนคงที่ เสียงเครื่องจักรในโรงงาน

มีการเปลี่ยนแปลงของระดับเสียง 1 วินาที

Impulse หรือ I คือ เสียงกระแทก เช่น ตอกเสาเข็ม เสียงเบสกระแทกจากเพลง เสียงลูกสูบ

มีการเปลี่ยนแปลงของระดับเสียง 0.5 ไมโครวินาที

**ระดับความดันเสียงสูงสุด (Maximum Sound Pressure Level, Lmax)**

ค่าสูงสุดของระดับความดันเสียงที่ซึ่งปรากฏในช่วงเวลาที่กำหนด

**ระดับความดันเสียงต่ำสุด (Minimum sound pressure level, Lmin)**

ค่าต่ำ สุดของระดับความดันเสียงที่ซึ่งปรากฏในช่วงเวลาที่กำหนด

**ระดับเสียงเฉลี่ย (Equivalent Sound Pressure Level, Leq,… hr)**

ค่าระดับเสียงเฉลี่ยเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่ทำการบันทึกข้อมูล สามารถใช้สมการคำนวณดังต่อไปนี้

Tm หมายถึง ระยะเวลารวมทั้งหมดของการเก็บข้อมูลเสียง

Ti หมายถึง ระยะเวลาที่ทำการเก็บข้อมูลเสียง

ระดับเปอร์เซนไทล์ (Statistical Level, LN in dB)

คือ ค่าระดับเสียงในปริมาณที่เป็นร้อยละ % ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาที่เก็บข้อมูล

ยกตัวอย่าง ค่า L90 คือระดับเสียงที่เกิดขึ้น 90% ของช่วงเวลาที่เราทำการตรวจวัดระดับเสียง ในการวัดระดับเสียงรบกวน ค่า L90 หรือระดับเสียงที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่ จะถูกนำมาใช้เป็นระดับเสียงพื้นฐาน (Background Noise)

Sound Exposure Level (SEL) ระดับเสียงที่สัมผัส

คือ การแสดงระดับพลังงานของเสียงที่เกิดขึ้นในเหตุการณ์ ที่ถูกย่อให้อยู่ในช่วง 1 วินาที นิยมใช้ในการ ประเมินเสียง เครื่องบิน รถไฟ รถบรรทุกวิ่งผ่าน โดยทั่วไปค่าระดับ SEL จะสูงกว่าปกติ

Octave Band Filter

ในเครื่องมือวัดเสียงที่สามารถวัดแบบแยกความถี่ หรือวิเคราะห์ระดับความถี่ได้ ส่วนใหญ่เราจะเห็น 1/1 Octave band และ 1/3 Octave band ซึ่งหมายถึงการแบ่งระดับความถี่ดังสมการต่อไปนี้

1/1 Octave band คือ ค่าความถี่คูณด้วย 2 (F x 2)

1/3 Octave band คือ ค่าความถี่คูณด้วย 2 ยกกำลัง1/3 (F x 2^1/3)

เมื่อกล่าวถึงค่าความถี่ Octave จะมีการหยิบยกค่าของความถี่กลางมาเป็นตัวแทน

Frequency Response Function (FRF) และความถี่ธรรมชาติ สำหรับโครงสร้าง Structural Analysis

ในการวิเคราะห์การสั่นสะเทือน สำหรับโครงสร้างในการหาความถี่ธรรมชาติ (Natural Frequency) คือการสร้างแรงที่มากระทำต่อวัตถุ (Excitation) โดยใช้อุปกรณ์เครื่องเขย่า (Shaker) หรือใช้ค้อนที่มี Sensor ติดตั้งอยู่ภายใน หรือ Hammer instrument เป็นตัวให้แรง และจะต้องมี Sensor ที่รับข้อมูลขณะที่มีการส่งแรงผ่านมายังโครงสร้าง

โดยที่นิยมใช้ เทคนิค Frequency Response Function (FRF) ในการหาความถี่ธรรมชาติ

ในกระบวนการนี้สามารถเห็นถึงค่าของ Shape mode และในไปวิเคราะห์ Modal analysis เพื่อดูการเคลื่อนไหวในความถี่ที่ตอบสนองกับวัตถุ โดยอุปกรณ์ทั้งหมดทางวิศวกรอคูสติกส์ของ Geonoise ได้ใช้เครื่องเก็บข้อมูลของ m+p International รุ่น Vipilot โดยที่ Software ของ m+p Analyzer มีฟังก์ชั่น FRF และ ทำ Modal เพื่อดู Shape mode ก็คือมีมีความถี่มากระตุ้นที่มีความพ้องหรือตรงกับความถี่ธรรมชาติกับวัตถุ จะเกิดการเคลื่อนไหวตาม Mode ต่างๆ

Application ที่นำไปใช้งานต่างๆ ในการวิเคราะห์โครงสร้าง

ข้อมูลจาก : Geonoise

Sound absorption testing ทดสอบค่าการดูดกลืนคลื่นเสียงของวัสดุ

Sound absorption testing ทดสอบค่าการดูดกลืนคลื่นเสียงของวัสดุ โดยการใช้ Impedance tube

ในการทดสอบการดูดกลืนคลื่นเสียงของวัสดุ หรือโดยทั่วๆไปจะเรียกกันว่าการดูดซับเสียงของวัสดุ ก็หมายถึงการที่เสียงมากระทบวัสดุแล้วสะท้อนกลับออกมาเท่าไหร่ แล้ววัสดุดูดกลืนคลื่นเสียงไปเท่าไหร่ โดยเปลี่ยนไปเป็นพลังงานความร้อน

นอกเหนือจากการทดสอบโดยใช้ห้อง Reverberation room ตามมาตรฐาน

ISO354 : Acoustics — Measurement of sound absorption in a reverberation room

ASTM C423 Standard Test Method for Sound Absorption and Sound Absorption Coefficients

ยังมีวิธีที่สามารถทำได้โดยการเทสในท่อระบบปิด หรือที่เรียกกันว่า Impedance tube method

ตามมาตรฐาน

ISO 10534-2, Acoustics-Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes – Part 2: Transfer-function method

ASTM E1050-10, Standard Test Method for Impedance and Absorption of Acoustical Material Using a Tube, Two Microphones and a Digital Frequency Analysis System

ซึ่งเป็นวิธีที่รวดเร็ว ใช้ขนาด Sample ไม่เยอะก็สามารถทดสอบได้เช่นกัน

หรือการเลือกช่วงความถี่ที่สามารถดูดกลืนคลื่นเสียงของวัสดุ จะแปลผันตามขนาดของท่อทดสอบดังนี้

ผลทดสอบที่ได้ก็จะได้เป็นค่า NRC (Noise Reduction Coefficient) และ SAA (Sound Absorption Average) และจากสามารถได้ค่า Reflection หรือค่าการสะท้อนของวัสดุ

ดังตัวอย่างผลการทดสอบดังภาพ

ส่วนกราฟด้านล่างนี้คือการเปรียบเทียบการทดสอบโดยใช้วัสดุชนิดเดียวกัน แต่ใช้วิธีการทดสอบที่แตกต่างกันคือ ทดสอบในห้อง Reverberation room และทดสอบโดย Impedance tube

Video สำหรับ Sound Absorption testing โดย Placid Instrument

ต้องขอขอบคุณบริษัท จีโอนอยซ์ ที่เป็นสปอนเซอร์หลักในการจัดทำบล็อกเสียงนี้

Posts By: Michel Rosmolen