Akustická kamera | Foto: acoustic-camera.com

Doporučujeme, Technologie

Když se maluje zvuk

4 srpna 2017   Galerie

Bydlíte u nádraží, nad rušnou ulicí nebo třeba u hlučné výrobní firmy? Hluk nás dokáže často potrápit. Zařízení se zdánlivě si protiřečícím názvem akustická kamera umí zvuk zviditelnit.

Určitě znáte teplotní mapy. Pomocí infračervené termografie se zaznamenává teplota nějakého objektu nebo oblasti od modré přes zelenou a žlutou po červenou barvu ukazuje mapa rozložení teplot od nejchladnějších po nejteplejší části.

A podobně se dá zobrazit zvuk. Slouží k tomu akustická kamera, velmi zajímavé zařízení, na které jsme se zajeli podívat do hořické společnosti Swell.

Mikrofony… spousta mikrofonů

Akustická kamera sestává z velkého počtu mikrofonů bývá jich od zhruba třiceti po 120 , které jsou různě uspořádané v prostoru. Ve středu tohoto mikrofonního pole je videokamera s vysokým rozlišením, která opticky zaznamenává scénu, díky níž lze pak do záznamu promítnout výsledek akustického výpočtu, tedy onu akustickou mapu.

Dále je součástí jednotky převodník, který „sbírá“ signály z jednotlivých mikrofonů a převádí je do formátu, s nímž si posléze poradí počítač a patřičné softwarové vybavení. Používá se řada různých algoritmů vhodných pro různé účely a nasazení akustické kamery.

Jak to funguje

V praxi je samotné použití akustické kamery velice snadné. Jednoduše se postaví před měřené zařízení v případě budov nebo areálů podniků tak, aby v zorném poli byly všechny zdroje hluku, často to bývá i osm set metrů; pokud se měří strojní zařízení, pak se kamera naopak umisťuje co nejblíž.

Akustická kamera se spustí a většinou během krátkého časového úseku se zaznamená jak zvuk ze všech mikrofonů, tak obraz z videokamery. Výhodou je samozřejmě vedle možnosti zachycení a zobrazení různých úrovní hluku také schopnost analyzovat pohyblivé zdroje jakož i vytvořit časový záznam zvuků u velice rychlých dějů. U celé řady měření je totiž podstatná nejen úroveň hluku, ale také to, jak se mění v prostoru a čase.

Ke zvukovému záznamu lze navíc připojit záznamy z celé řady dalších senzorů. Ty mohou snímat například úhel natočení v prostoru, úroveň napětí a proudu nebo otáčky motoru. Což je právě případ, který ve Swellu využívají nejvíc. Jak říká vedoucí odborné skupiny zkušební laboratoře Lukáš Kovárník, akustickou kameru používají k hlukovým analýzám testovaných komponentů.  V principu se u nás používá ke dvěma základním úlohám. První je hodnocení komponentů, které mají jakousi vnitřní kinematiku, a je třeba zjistit, zda během její funkce nedochází ke vzniku nežádoucích hlukových projevů (skřípání, vrzání či klepání). Podobné je to například s komponenty, které obsahují případné elektrické zdroje hluku například pohony (elektromotorky nebo solenoidy). I zde je často třeba analyzovat vznik nežádoucích hlukových projevů při provozu.  Obvykle je pak potřeba s testovaným dílem řízeně pohybovat (mechanicky nebo elektricky) a během toho provést analýzu, popisuje.

Druhou úlohou bývá měření akustických vlastností při vibrační zátěži. Občas se stává, že díly jsou funkčně v pořádku, ale při montáži na vozidle a při vybuzení vnějšími zdroji, jako jízdní vibrace od podvozku (často náhodné spektrum), nebo od agregátů (motor, převodovka) zde v obvykle harmonickém spektru dochází ke vzniku nežádoucích hlukových projevů stejně jako v prvním případě (rezonance, drnčení, zázněje). V tomto případě se obvykle testovaný díl umisťuje na vibrační zkušební zařízení, jehož kotvicí platforma je umístěna v tiché (bezdozvukové) komoře. Následně je testovaný díl zatěžován náhodným nebo harmonickým vibračním profilem v požadovaném frekvenčním rozsahu a přitom je akustickou kamerou analyzováno jeho chování, doplňuje Kovárník.

Měření může samozřejmě proběhnout několik a výsledná data se pak mohou průměrovat, různě seskupovat nebo jinak analyzovat. Jádro analýzy spočívá ve vhodném výběru a vyhodnocení časové a frekvenční oblasti. Jde tedy o to vybrat v čase měřené signály, které zákazníka zajímají, a stejně tak vybrat požadované frekvence. Pak se nastaví vzdálenost zdroje k akustické kameře a zvolí se příslušný algoritmus.

Hluboké tóny neumí

Jakmile všechny výpočty proběhnou, lze zobrazit  jednotlivé hladiny akustického tlaku tedy úroveň hluku do obrazu z videokamery. Na něm je pak vidět, jak se v čase a v jednotlivých oblastech snímané scény hluku mění.

Akustická kamera je zařízení vpravdě univerzální, škála jejího použití je velice široká. Je to ideální partner pro zjišťování zdrojů hluku například v areálech podniků (zjistíme, kde jsou zdroje hluku, jako vzduchotechnika, dopravníky či trubky), u hlučných strojů, u nichž nevíme, odkud hluk pochází, nebo k identifikování částí strojů, které třeba chybně pracují.

Akustická kamera naopak není vhodná pro snímání hlubokých tónů, tedy nízkých frekvencí. Podle velikosti mikrofonního pole a použitého algoritmu analýzy dokáže zařízení rozlišit frekvence zhruba od 400 hertzů. Akustická kamera neobstojí ani tam, kde měřený signál splývá s akustickým pozadím, nebo tehdy, když v měřeném signálu nejsou dominantní frekvence a jejich hladiny jsou podobné jako v pozadí.  

Toto ale platí především pro měření ve volném prostředí se zatíženým i okolním hlukovým pozadím. V některých případech je ale možné testované objekty umístit do samostatné tiché komory (ideálně bezdozvukové) včetně akustické kamery a tam poté provádět měření. Problém ale často bývá v zavedení reálných zátěžových podmínek (pohony, navazující komponenty a podobně).

Ve zkušebně měří interiér i motory

Akustické kamery najdou uplatnění například při sledování hlučnosti ve volném prostředí, typické je například mapování hlučnosti větrných elektráren a toho, jak ji ovlivňují různé tvary lopatek jejich „vrtulí“.

Využívají se samozřejmě v průmyslu, dopravě a službách tam, kde správná funkce různých zařízení je spojena s určitým zvukovým doprovodem, jehož změna může signalizovat poruchu. Využít je lze také k detekci akusticky slabých míst na fasádách budov.

Nás samozřejmě nejvíc zajímá průmysl automobilový. Tam se pomocí akustických kamer vedle měření hluku v interiéru sleduje například cyklus spalování v motorech lze zobrazovat okamžik zážehu či odvod zplodin z válce. Dalším použitím je například sledování toho, jak roste hluk od pneumatik odvalujících se po různém druhu povrchu a při různých rychlostech. Díky akustické kameře takto inženýři například zjistili, že valivý hluk od kol převýší hluk od motoru už při rychlosti nad 30 km/h.

Jaromír Kejval, vedoucí útvaru zkoušek a simulací společnosti Swell, k tomu dodává několik praktických postřehů a zkušeností přímo ze zkušebny: „Toto inovativní zkušební zařízení nám i našim zákazníkům značně ulehčuje a zrychluje práci v případech, kdy není zcela zřejmé, kde je příčina nežádoucích zvukových projevů. Vzhledem ke stále rostoucím požadavkům na komfort především v interiéru (v praxi je tato oblast nazývaná NVH   Noise, Vibration, Harshness) je stále důležitější i ve vnímání uživatelů, vysvětluje.

Oproti běžným veličinám, jako jsou tuhost, pevnost, teplota, barva a jiné dobře definovatelné a měřitelné parametry, je hodnocení hluku často subjektivní.

Proto je tento typ zařízení dalším pozitivním krokem k lepšímu pochopení a vysvětlení i pro neodborníky v oblasti akustiky. Grafický výstup a jasnou vizualizaci zdrojů hluku zákazníci často pozitivně hodnotí. Někdy může práce při hledání zdrojů a příčin hluku připomínat trochu detektivní činnost, ale o to je to pro nás zajímavější, a nyní máme díky akustické kameře v laboratoři dalšího silného pomocníka, uzavírá naše povídání Kejval.

, , , ,



Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Anti SPAM *

Buďme v kontaktu

Sledujte VVAutomotive na síti LinkedIn a na Facebooku – buďte v kontaktu s profesionály z oboru. Odebírejte aktuální informace a rozšiřte komunitu odborníků.