OpenTest Mehrkanal-IEC-61672-1-Schallpegelmesser

Dieser Artikel stellt einen Mehrkanal-Schallpegelmesser vor, der auf der OpenTest-Plattform entwickelt wurde und die technischen Anforderungen der IEC 61672-1 erfüllt.

Durch die Integration des SonoDAQ-Datenerfassungssystems mit Messmikrofonen implementiert das System die standardisierten A/C/Z-Frequenzbewertungen, F/S/I-Zeitbewertungen und ermöglicht die genaue Messung standardisierter akustischer Kenngrößen wie Lp, Leq und Ln.

Die Lösung ist in einer Vielzahl von Szenarien einsetzbar, darunter Umweltlärmmessung, Produktgeräuschprüfung und Automotive-NVH-Anwendungen.

Von tragbaren Schallpegelmessern zu Mehrkanal-Schallpegelmessplattformen

In der Akustik- und Schwingungsprüfung taucht in nahezu jedem Projekt eine grundlegende Frage auf: "Wie laut ist es?"

Von Bürogeräten und Haushaltsgeräten bis hin zu Automotive-NVH und Industrieanlagen stützen sich Vorschriften, Normen und interne Qualitätskriterien alle auf eine quantitative Bewertung des Schalldruckpegels (SPL).

Traditionell erfolgt dies mit einem tragbaren Schallpegelmesser nach IEC 61672, der an einer definierten Position platziert wird, um einen A-bewerteten Schallpegel für Konformitätsprüfungen und Qualitätsverifikation abzulesen.

IEC 61672 legt detaillierte Anforderungen an Schallpegelmesser hinsichtlich Frequenzbewertung, Zeitbewertung, Linearität, Eigenrauschen und Dynamikbereich fest und klassifiziert die Geräte in Klasse 1 und Klasse 2, wobei Klasse 1 strengere Anforderungen hat und für Labor- und Baumusterprüfungen vorgesehen ist.

Mit der Weiterentwicklung von Produktstrukturen und Prüfanforderungen erwarten Ingenieure zunehmend mehr, als ein einzelner tragbarer Schallpegelmesser bieten kann:

• Gleichzeitige Messung mehrerer Positionen, um verschiedene Orte oder Betriebspunkte zu vergleichen
• Kombination von Schallpegeldaten mit Spektren und Oktavbandanalysen, um problematische Frequenzbereiche schnell zu identifizieren
• Synchronisierung der Schallpegelmessung mit Drehzahl, Schwingung, Temperatur und anderen physikalischen Größen für NVH-Diagnosen
• Integration der Schallpegelmessung in automatisierte und serielle Testabläufe, anstatt sich auf manuelle Stichproben zu verlassen

Dies führt zur Nachfrage nach Mehrkanal-Schallpegelmessern: Systemen, die nicht nur die Genauigkeitsanforderungen der IEC 61672-1 Klasse 1 erfüllen, sondern auch Mehrkanalfähigkeit, Skalierbarkeit und Automatisierung bieten.

OpenTest, entwickelt von CRYSOUND, ist eine neue Generation einer Prüfplattform für Akustik und Schwingung. Das spezielle Schallpegelmessmodul ermöglicht in Kombination mit der Frontend-Hardware CRY5820 SonoDAQ Pro und Messmikrofonen Mehrkanal-Schallpegelmessungen, die mit Schallpegelmessern der Klasse 1 konsistent sind.

Abbildung 1. Von tragbaren Schallpegelmessern zu Mehrkanal-Schallpegelmessplattformen

IEC 61672: Was messen wir eigentlich?

Bedeutung des Schalldruckpegels (Lp)

Der Schalldruckpegel (SPL) ist ein logarithmisches Maß für den Effektivwert des Schalldrucks prms relativ zum Referenzdruck p0, der 20 μPa in Luft beträgt und wie folgt definiert ist:

Wenn prms = 1 Pa ist, beträgt der SPL ungefähr 94 dB, weshalb 94 dB / 1 kHz üblicherweise als Referenzpegel für akustische Kalibratoren verwendet wird.

Frequenzbewertung: A / C / Z

Die Empfindlichkeit des menschlichen Gehörs variiert mit der Frequenz. IEC 61672 verlangt, dass alle Schallpegelmesser die A-Bewertung unterstützen, während Klasse-1-Geräte zusätzlich die C-Bewertung unterstützen müssen. Die Z-Bewertung (Zero-Bewertung, d. h. weitgehend lineare Übertragungsfunktion) ist optional.

• A-Bewertung (dB(A))
  Basierend auf der 40-Phon-Gleichlautstärke-Kurve, mit deutlicher Abschwächung bei tiefen und sehr hohen Frequenzen. Sie wird in Vorschriften und Normen weit verbreitet als Kennwert verwendet, der mit der wahrgenommenen Lautstärke korreliert.
• C-Bewertung (dB(C))
  Deutlich flacher als die A-Bewertung, mit geringerer Abschwächung im Tieffrequenzbereich. Sie eignet sich zur Bewertung von Spitzenpegeln, mechanischen Geräuschen und Pegeln mit hohem Gesamtniveau.
• Z-Bewertung (dB(Z))
  Im Wesentlichen innerhalb der spezifizierten Bandbreite flach, erhält die ursprüngliche spektrale Energienverteilung und ist für detaillierte Analysen nützlich.

Obwohl die A-Bewertung in Vorschriften dominiert, ist sie kein perfektes psychoakustisches Modell. Bei Signalen mit starkem Tieffrequenzanteil, Modulation oder tonalen Komponenten kann der A-bewertete Pegel die wahrgenommene Belästigung unterschätzen.
Für Auslegungs- und Diagnoseaufgaben wird daher empfohlen, C-/Z-Bewertung, Oktavbandspektren und Schallqualitätskenngrößen zu kombinieren.

Zeitbewertung: Fast / Slow / Impulse

IEC 61672 definiert die folgenden Zeitbewertungen:

• F (Fast): Zeitkonstante ≈ 125 ms, geeignet für schnell schwankende Schallpegel
• S (Slow): Zeitkonstante ≈ 1 s, geeignet zur Beobachtung von Gesamttrends
• I (Impulse): Ausgelegt für impulsartige Signale, empfindlicher für kurzzeitige Pegelspitzen

Gängige Schallpegel-Kennwerte umfassen:

• LAF / LAS / LAI: A-bewertete Schallpegel mit Fast-/Slow-/Impulse-Zeitbewertung
• LCpeak: C-bewerteter Spitzenschallpegel

Energiebasierte und statistische Größen: Leq, SEL, Ln

IEC 61672 definiert außerdem häufig verwendete akustische Kenngrößen:

• Leq,T / LAeq,T
  Gleichwertiger Dauerschallpegel über einen Zeitraum T, weit verbreitet in der Umwelt- und Produktgeräuschbewertung.
• Schallenergie und Schallbelastungspegel: E, LE / LAE (SEL)
  Stellen die gesamte Schallenergie eines Ereignisses dar und werden häufig zur Bewertung von Fluglärm, Verkehrslärm und Einzelereignissen eingesetzt.
• Lmax / Lmin: Maximaler und minimaler Schallpegel bei festgelegter Zeitbewertung
• Lpeak (typischerweise LCpeak): Spitzenschallpegel auf Basis des Spitzen-Schalldrucks
• Statistische Pegel Ln (L10, L50, L90 usw.)
  Pegel, die während n % der Messzeit überschritten werden, häufig in der Umweltlärmanalyse verwendet.

Bandpegel: Oktav- und 1/3-Oktavbänder

Obwohl Oktavbandfilter in IEC 61260 spezifiziert sind, ist IEC 61672 hinsichtlich Frequenzgang und genormter Mittenfrequenzen mit ihnen abgestimmt. Typische Analysen umfassen:

• 1-Oktav-Bandpegel (z. B. 31,5 Hz-16 kHz)
• 1/3-Oktav-Bandpegel mit höherer Frequenzauflösung zur Identifikation schmalbandiger Geräusche und struktureller Resonanzen

Zusammen definieren diese Größen den gesamten Umfang der Schallpegelmessung - von Momentanwerten bis zu zeitlich gemittelten Werten und von Breitbandpegeln bis hin zur frequenzaufgelösten Analyse.

Schallpegelmessung mit OpenTest

Einrichtung: Aufbau der Signalkette von der Quelle bis zur Software

Hardware-Vorbereitung

• Datenerfassungs-Frontend
  Zum Beispiel CRY5820 SonoDAQ Pro, ein modular aufgebautes Mehrkanal-Datenerfassungssystem mit Unterstützung für 4-24 Kanäle pro Gerät und Skalierbarkeit auf Tausende von Kanälen. Es verfügt über 32-Bit-ADCs, bis zu 170 dB Dynamikbereich, 1000 V Kanaltrennung und eine PTP/GPS-Synchronisationsgenauigkeit von ≤ 100 ns und ist sowohl für akustische und schwingungstechnische Laborprüfungen als auch für Feldmessungen geeignet.
• Sensoren
  Ein oder mehrere Messmikrofonsätze (mit Vorverstärkern), die an repräsentativen Mess- oder Hörpositionen platziert werden.
• Computer und Software
  Ein PC mit installierter OpenTest-Software und lizenzierter Schallpegelmessfunktion.

Verbinden von Geräten und Kanälen in OpenTest

1. Starten Sie OpenTest und erstellen Sie ein neues Projekt.
2. Klicken Sie in den Hardware Settings auf "+"; verfügbare Geräte (einschließlich solcher, die über openDAQ oder ASIO verbunden sind) werden automatisch erkannt.
3. Wählen Sie die benötigten Erfassungsgeräte (z. B. SonoDAQ) aus und fügen Sie sie dem Projekt hinzu.
4. Fügen Sie in den Channel Settings die Mikrofonkanäle hinzu und konfigurieren Sie Abtastrate und Eingangsbereich.

An diesem Punkt ist die Signalkette Schallquelle → Mikrofon → DAQ → OpenTest vollständig eingerichtet.

Kalibrierung: Festlegung der akustischen Referenz

Um die absolute Genauigkeit sicherzustellen, muss jeder Kanal mit einem akustischen Kalibrator der Klasse 1 kalibriert werden.

1. Öffnen Sie in OpenTest den Dialog Calibration.
2. Wählen Sie die zu kalibrierenden Mikrofonkanäle aus.
3. Setzen Sie den Kalibrator auf das Mikrofon auf und starten Sie die Kalibrierung.
4. Sobald sich der Messwert stabilisiert hat, schließen Sie die Kalibrierung ab.

OpenTest aktualisiert automatisch die Kanalsensitivität, sodass der Referenzpunkt 94 dB SPL korrekt eingestellt ist.

Für Vergleichsmessungen kann ein tragbarer Schallpegelmesser (z. B. CRY2851) mit demselben Kalibrator (z. B. CRY3018) kalibriert werden, um sicherzustellen, dass beide Systeme dieselbe akustische Referenz verwenden.

Messung: Erfassung von Schallpegel-Zeitverläufen

Wechseln Sie in OpenTest zum Schallpegelmesser-Modul und wählen Sie:

• Messkanäle
• Zu berechnende Kenngrößen (Lp, Leq, Ln usw.)
• Frequenzbewertung (A / C / Z, gleichzeitig berechnet)

Typische Betriebszustände können umfassen:

• Leerlauf
• Typische Last
• Volllast

Für jeden Betriebszustand:

1. Stabilisieren Sie das Prüflingssystem (DUT) im angestrebten Betriebszustand.
2. Starten Sie in OpenTest die Messung.
3. Überwachen Sie Schallpegel-Zeitverläufe, Oktavbanddiagramme und FFT-Spektren in Echtzeit.
4. Beenden Sie die Messung nach ausreichend langer Dauer und benennen Sie den Datensatz entsprechend.

Jede Messung wird automatisch als Datensatz zur späteren Gegenüberstellung und Analyse gespeichert.

Abbildung 2. Mehrkanal-Schallpegelmessung mit OpenTest

Berichterstellung: Von Messdaten zu rückverfolgbarer Dokumentation

Nach den Messungen kann die Berichtsfunktion von OpenTest zur Erstellung strukturierter Berichte verwendet werden:

• Projektinformationen, DUT-Details, Betriebsbedingungen
• Ausgewählte akustische Kenngrößen (Leq, Lmax, LCpeak, Ln usw.)
• Firmenlogo und Informationen zum Prüfpersonal

Rohzeitsignale und Analyseergebnisse können ebenfalls zur Archivierung oder Weiterverarbeitung exportiert werden.

Abbildung 3. OpenTest-Schallpegelmessbericht

Vergleich mit dem tragbaren Schallpegelmesser CRY2851

CRY2851 ist ein Schallpegelmesser der Klasse 1 nach IEC 61672-1:2013 mit Unterstützung für A/C/Z-Bewertung, F/S/I-Zeitbewertung und einem vollständigen Satz akustischer Parameter.

Vergleichsablauf:

1. Umgebung und Betriebsbedingungen
   Labor mit geringem Hintergrundgeräusch oder halbfreier Raum; mehrere Betriebszustände.
2. Kalibrierkonsistenz
   Beide Systeme werden mit demselben Kalibrator der Klasse 1 (94 dB oder 114 dB bei 1 kHz) kalibriert.
3. Sensorpositionierung und Datenerfassung
   Mikrofone werden so nah wie möglich am gleichen Messpunkt positioniert.
4. Ergebnisvergleich
   Vergleichen Sie LAeq, LAF, LCpeak und andere wesentliche Parameter bei identischen Bewertungsarten und Zeitfenstern.

Abbildung 4. CRY2851 vs. OpenTest-Mehrkanal-Schallpegelmessung

Typische Anwendungen des Schallpegelmessmoduls

Unterhaltungselektronik / IT-Geräte

• Bewertung des Einflusses von Kühlkonzepten auf LAeq und LAFmax
• Kombination von Schallpegelgrenzwerten mit Geräuschleistungsmessungen
• Integration von FFT-, 1/3-Oktav- und Schallqualitätskennwerten

Automotive-NVH / Innenraumakustik

• Mehrpositions-Schallpegelmessung im Fahrzeuginnenraum
• Vergleiche über verschiedene Fahrzustände hinweg
• Kopplung mit Ordnungsanalyse- und Schallqualitätsmodulen

Haushaltsgeräte und Industrieanlagen

• Ergänzung von Geräuschleistungsprüfungen durch Mehrpunkt-Schallpegelüberwachung
• Integration in Fertigungslinien mithilfe des Sequenzmodus
• Identifikation kritischer Frequenzbänder über 1/3-Oktav-Analysen

Umwelt- und Langzeitüberwachung

• Mehrpunkt-statistische Schallpegelbewertung (L10, L50, L90)
• Langzeit-Datenaufzeichnung und Fernzugriff

Wenn Sie bereits mit tragbaren Schallpegelmessern vertraut sind, wertet das OpenTest-Schallpegelmessmodul diese effektiv zu einem System auf, das Folgendes bietet:

• Mehrkanalig
• Rückverfolgbarkeit (Rohdaten + Analyse + Berichte)
• Erweiterbarkeit, nahtlose Zusammenarbeit mit Modulen für Geräuschleistung, Schallqualität, FFT- und Oktavbandanalyse sowie Unterstützung automatisierter Testabläufe.

Füllen Sie das untenstehende Formular aus ↓, um uns zu kontaktieren und eine Demo sowie einen Test des OpenTest-Schallpegelmessmoduls zu buchen. Sie können auch die OpenTest-Website unter www.opentest.com besuchen, um mehr über Funktionen und Anwendungsfälle zu erfahren.