OpenTest - Sonómetro Multifuncional IEC 61672-1 de Vários Canais

Este artigo apresenta um sonómetro multicanal desenvolvido na plataforma OpenTest e concebido para cumprir os requisitos técnicos da IEC 61672-1.

Ao integrar o sistema de aquisição de dados SonoDAQ com microfones de classe de medição, o sistema implementa as ponderações de frequência padrão A/C/Z, as ponderações de tempo F/S/I e permite a medição precisa de grandezas acústicas normalizadas como Lp, Leq e Ln.

A solução é aplicável a uma vasta gama de cenários, incluindo monitorização de ruído ambiental, ensaios de ruído de produtos e aplicações NVH automóvel.

De sonómetros portáteis a plataformas de medição de nível sonoro multicanal

Em ensaios de acústica e vibrações, uma questão fundamental surge em praticamente todos os projetos: "Quão ruidoso é?"

Desde equipamentos de escritório e eletrodomésticos até NVH automóvel e máquinas industriais, regulamentos, normas e critérios internos de qualidade dependem todos da avaliação quantitativa do Nível de Pressão Sonora (SPL).

Tradicionalmente, isto é feito utilizando um sonómetro portátil conforme com a IEC 61672, colocado numa posição especificada para ler um nível sonoro ponderado em A para verificações de conformidade e controlo de qualidade.

A IEC 61672 define requisitos detalhados para sonómetros em termos de ponderação em frequência, ponderação em tempo, linearidade, ruído próprio e gama dinâmica, e classifica os instrumentos em Classe 1 e Classe 2, sendo a Classe 1 mais exigente e adequada a ensaios de laboratório e de homologação de tipo.

À medida que a estrutura dos produtos e os requisitos de ensaio evoluem, os engenheiros esperam cada vez mais do que aquilo que um único sonómetro portátil consegue oferecer:

• Medir múltiplas posições em simultâneo para comparar diferentes localizações ou pontos de funcionamento
• Combinar dados de nível sonoro com espetros e análise em bandas de oitava para identificar rapidamente regiões de frequência problemáticas
• Sincronizar a medição de nível sonoro com velocidade, vibração, temperatura e outras grandezas físicas para diagnóstico NVH
• Integrar a medição de nível sonoro em fluxos de ensaio automatizados e em lote, em vez de depender de verificações pontuais manuais

Isto conduz à procura de sonómetros multicanal: sistemas que não só cumprem os requisitos de exatidão da IEC 61672-1 Classe 1, como também oferecem capacidade multicanal, escalabilidade e automatização.

O OpenTest, desenvolvido pela CRYSOUND, é uma plataforma de nova geração para ensaios de acústica e vibrações. O seu módulo dedicado de Medição de Nível Sonoro, combinado com o hardware de front‑end CRY5820 SonoDAQ Pro e microfones de medição, permite medições de nível sonoro multicanal consistentes com sonómetros de Classe 1.

Figura 1. De sonómetros portáteis a plataformas de medição de nível sonoro multicanal

IEC 61672: O Que Estamos Realmente a Medir?

Significado do Nível de Pressão Sonora (Lp)

Nível de Pressão Sonora (SPL) é uma medida logarítmica da pressão sonora de valor eficaz prms em relação à pressão de referência p0, que é 20 μPa no ar, definida como:

Quando prms​=1 Pa, o SPL é aproximadamente 94 dB, razão pela qual 94 dB / 1 kHz é frequentemente utilizado como nível de referência para calibradores acústicos.

Ponderação em Frequência: A / C / Z

A sensibilidade da audição humana varia com a frequência. A IEC 61672 exige que todos os sonómetros suportem ponderação A, enquanto os instrumentos de Classe 1 devem também suportar ponderação C. A ponderação Z (Zero weighting, ou seja, resposta plana) é opcional.

• Ponderação A (dB(A))
  Baseada na curva de igual sonoridade de 40 phons, com atenuação significativa em frequências baixas e muito altas. É amplamente utilizada em regulamentos e normas como indicador correlacionado com a sonoridade percebida.
• Ponderação C (dB(C))
  Muito mais plana do que a ponderação A, com menor atenuação em baixas frequências. É adequada para avaliar níveis de pico, ruído mecânico e eventos de nível elevado.
• Ponderação Z (dB(Z))
  Essencialmente plana dentro da largura de banda especificada, preservando a distribuição original de energia espectral e sendo útil para análises detalhadas.

Embora a ponderação A domine os regulamentos, ela não é um modelo psicoacústico perfeito. Em casos com conteúdo de baixa frequência forte, modulação ou componentes tonais, os níveis ponderados em A podem subestimar o incómodo percebido.
Para trabalho de conceção e diagnóstico, recomenda‑se, portanto, combinar ponderação C/Z, espetros em bandas de oitava e indicadores de qualidade sonora.

Ponderação em Tempo: Fast / Slow / Impulse

A IEC 61672 define as seguintes ponderações em tempo:

• F (Fast): constante de tempo ≈ 125 ms, adequada para níveis sonoros que flutuam rapidamente
• S (Slow): constante de tempo ≈ 1 s, adequada para observar tendências globais
• I (Impulse): concebida para sinais impulsivos, mais sensível a picos de curta duração

Os descritores de nível sonoro mais comuns incluem:

• LAF / LAS / LAI: níveis sonoros ponderados em A com ponderação em tempo Fast / Slow / Impulse
• LCpeak: nível sonoro de pico ponderado em C

Grandezas Energéticas e Estatísticas: Leq, SEL, Ln

A IEC 61672 também define grandezas acústicas de utilização corrente:

• Leq,T / LAeq,T
  Nível sonoro contínuo equivalente ao longo de um período de tempo T, amplamente utilizado na avaliação de ruído ambiental e de produtos.
• Exposição sonora e nível de exposição sonora: E, LE / LAE (SEL)
  Representam a energia sonora total de um evento, sendo normalmente utilizados para avaliação de ruído de aeronaves, tráfego e eventos únicos.
• Lmax / Lmin: níveis sonoros máximo e mínimo sob uma ponderação em tempo especificada
• Lpeak (tipicamente LCpeak): nível sonoro de pico baseado na pressão sonora de pico
• Níveis estatísticos Ln (L10, L50, L90, etc.)
  Níveis excedidos durante n% do tempo de medição, utilizados frequentemente em análises de ruído ambiental.

Níveis em Banda: Bandas de Oitava e 1/3 de Oitava

Apesar de os filtros em bandas de oitava estarem especificados na IEC 61260, a IEC 61672 está alinhada com estes em termos de resposta em frequência e frequências centrais normalizadas. As análises mais comuns incluem:

• Níveis em bandas de 1 oitava (por exemplo, 31,5 Hz-16 kHz)
• Níveis em bandas de 1/3 de oitava, oferecendo resolução em frequência mais fina para identificar ruídos de banda estreita e ressonâncias estruturais

Em conjunto, estas grandezas definem todo o âmbito da medição de nível sonoro - desde leituras instantâneas até valores médios no tempo, e desde níveis de banda larga até análise com resolução em frequência.

Medição de Nível Sonoro com o OpenTest

Configuração: Construção da Cadeia de Sinal desde a Fonte até ao Software

Preparação de hardware

• Front‑end de aquisição de dados
  Por exemplo, o CRY5820 SonoDAQ Pro, um sistema de aquisição de dados modular multicanal que suporta 4-24 canais por unidade e é escalável até milhares de canais. Inclui ADC de 32 bits, até 170 dB de gama dinâmica, isolamento de canal de 1000 V e precisão de sincronização PTP/GPS ≤100 ns, sendo adequado tanto para ensaios acústicos e de vibração em laboratório como em campo.
• Sensores
  Um ou mais conjuntos de microfones de classe de medição (com pré‑amplificadores), posicionados em locais representativos de medição ou de escuta.
• Computador e software
  Um PC com o OpenTest instalado e o módulo de Medição de Nível Sonoro licenciado.

Ligação de Dispositivos e Canais no OpenTest

1. Inicie o OpenTest e crie um novo projeto.
2. Em Hardware Settings, clique em "+"; os dispositivos disponíveis (incluindo os ligados via openDAQ ou ASIO) são detetados automaticamente.
3. Selecione os dispositivos de aquisição necessários (por exemplo, SonoDAQ) e adicione‑os ao projeto.
4. Em Channel Settings, adicione os canais de microfone e configure a taxa de amostragem e a gama de entrada.

Neste ponto, a cadeia de sinal Fonte sonora → Microfone → DAQ → OpenTest fica totalmente estabelecida.

Calibração: Definição da Referência Acústica

Para garantir exatidão absoluta, cada canal deve ser calibrado utilizando um calibrador acústico de Classe 1.

1. Abra a janela de Calibration no OpenTest.
2. Selecione os canais de microfone a calibrar.
3. Monte o calibrador no microfone e inicie a calibração.
4. Quando a leitura estabilizar, termine a calibração.

O OpenTest atualiza automaticamente a sensibilidade do canal para que o ponto de referência de 94 dB SPL fique alinhado.

Para ensaios comparativos, um sonómetro portátil (por exemplo, CRY2851) pode ser calibrado com o mesmo calibrador (por exemplo, CRY3018) para garantir que ambos os sistemas partilham a mesma referência acústica.

Medição: Aquisição de Histórias Temporais de Nível Sonoro

Mude para o módulo Sound Level Meter no OpenTest e selecione:

• Canais de medição
• Grandezas a calcular (Lp, Leq, Ln, etc.)
• Ponderação em frequência (A / C / Z, calculadas em simultâneo)

As condições de funcionamento típicas podem incluir:

• Marcha lenta
• Carga típica
• Carga máxima

Para cada condição:

1. Estabilize o DUT no estado de funcionamento pretendido.
2. Inicie a medição no OpenTest.
3. Monitorize em tempo real as histórias temporais de nível sonoro, os gráficos em bandas de oitava e os espetros FFT.
4. Pare após uma duração suficiente e atribua um nome adequado ao conjunto de dados.

Cada medição é automaticamente guardada como um conjunto de dados para comparação e análise posteriores.

Figura 2. Medição de nível sonoro multicanal utilizando o OpenTest

Relatórios: Dos Dados à Documentação Rastreável

Após as medições, a função de relatórios do OpenTest pode ser utilizada para gerar relatórios estruturados:

• Informação do projeto, detalhes do DUT, condições de funcionamento
• Grandezas acústicas selecionadas (Leq, Lmax, LCpeak, Ln, etc.)
• Logótipo da empresa e informação sobre o pessoal de ensaio

As formas de onda em bruto e os resultados de análise também podem ser exportados para arquivamento ou processamento adicional.

Figura 3. Relatório de medição de nível sonoro com o OpenTest

Comparação com o Sonómetro Portátil CRY2851

O CRY2851 é um sonómetro de Classe 1 conforme com a IEC 61672-1:2013, que suporta ponderações A/C/Z, ponderações de tempo F/S/I e um conjunto completo de parâmetros acústicos.

Procedimento de comparação:

1. Ambiente e condições de funcionamento
   Laboratório de baixo ruído de fundo ou câmara semi‑anecoica; múltiplos estados de funcionamento.
2. Consistência de calibração
   Ambos os sistemas calibrados com o mesmo calibrador de Classe 1 (94 dB ou 114 dB a 1 kHz).
3. Posicionamento de sensores e aquisição
   Microfones posicionados o mais próximo possível do mesmo ponto de medição.
4. Comparação de resultados
   Comparar LAeq, LAF, LCpeak e outros parâmetros chave sob a mesma ponderação e janelas temporais idênticas.

Figura 4. CRY2851 vs. medição de nível sonoro multicanal com o OpenTest

Aplicações Típicas do Módulo de Medição de Nível Sonoro

Eletrónica de Consumo / Equipamento Informático

• Avaliar o impacto das estratégias de arrefecimento em LAeq e LAFmax
• Combinar limites de nível sonoro com medições de potência sonora
• Integrar FFT, análise em 1/3 de oitava e indicadores de qualidade sonora

NVH automóvel / Acústica do interior

• Medição de nível sonoro em múltiplas posições no habitáculo
• Comparação entre diferentes condições de condução
• Acoplamento com módulos de análise de ordens e de qualidade sonora

Eletrodomésticos e Máquinas Industriais

• Complementar ensaios de potência sonora com monitorização de nível sonoro em múltiplos pontos
• Integrar em linhas de produção utilizando o modo de sequências
• Identificar bandas de frequência problemáticas através de análise em 1/3 de oitava

Monitorização Ambiental e de Longa Duração

• Avaliação estatística de nível sonoro em múltiplos pontos (L10, L50, L90)
• Registo de dados de longa duração e acesso remoto

Se já estiver familiarizado com sonómetros portáteis, o módulo de Medição de Nível Sonoro do OpenTest converte‑os efetivamente num sistema que é:

• Multicanal
• Rastreável (dados brutos + análise + relatórios)
• Expansível, funcionando de forma integrada com os módulos de potência sonora, qualidade sonora, FFT e análise em bandas de oitava, e suportando fluxos de ensaio automatizados.

Convidamo‑lo a preencher o formulário abaixo ↓ para nos contactar e marcar uma demonstração e um teste do módulo de Medição de Nível Sonoro do OpenTest. Também pode visitar o site do OpenTest em www.opentest.com para saber mais sobre as suas funcionalidades e casos de aplicação.