VIZUALIZÁCIA HLUKU PROSTREDNÍCTVOM AKUSTICKEJ KAMERY A JEJ APLIKÁCIA PRI RIEŠENÍ PROBLEMATIKY PRIEMYSELNÉHO HLUKU

Prepis

1 VIZUALIZÁCIA HLUKU PROSTREDNÍCTVOM AKUSTICKEJ KAMERY A JEJ APLIKÁCIA PRI RIEŠENÍ PROBLEMATIKY PRIEMYSELNÉHO HLUKU Ervin LUMNITZER - Miroslav BADIDA - Marek MORAVEC - Monika ROMÁNOVÁ - Peter HERCZNER - Pavol LIPTAI Technická univerzita Košice, Strojnícka fakulta, Katedra environmentalistiky a riadenia procesov, Park Komenského 5, Košice, , ervin.lumnitzer@tuke.sk ABSTRACT The acoustic camera is a measurement tool which joined the field of acoustic a few years ago. this technology analyses the actual sound scheme, which consist of a superposition of different sound sources, into a visual sound map. The basic principle relies on accurate calculation of the specific runtime delays of acoustic runtime delays of acoustic sound emissions radiating from several sources to the individual microphones of an array. An acoustic map of the local sound pressure distribution at a given distance will be calculated using the acoustic data of all simultaneously recorded microphone channels. The sound pressure level is displayed by the color coding, similar to popular thermal imaging. Automatic overlay of optical image and acoustic map gives rapid answer about locations of dominating sound sources. Key words: acoustic camera, sound map, NoiseImage ÚVOD Súbor zariadení, tvoriacich akustickú kameru, je revolučným riešením pre priestorovú lokalizáciu hlukových emisii s ich kvantitatívnym vyhodnotením a frekvenčnou analýzou v dynamickom režime. Množstvo získaných a analyzovateľných informácií je nezrovnateľné so všetkými, doteraz používanými metódami, ktoré spočívali v meraní emisií hluku v imisných bodoch, ktorých počet je značne obmedzený. Akustická kamera ponúka možnosť dokonalej frekvenčnej analýzy zdrojov hluku na vzdialenosť niekoľkých desiatok až stoviek metrov. Dodávané softvérové vybavenie dokáže efektívnym spôsobom lokalizovať zdroje hluku, vykonať kvalitatívnu i kvantitatívnu analýzu a tak vytvoriť základ, pre zvukoizolačné opatrenia. Celé meranie a následná analýza sa vyznačuje: vysokou presnosťou, vysokou rýchlosťou, dynamickým režimom práce, vysokou efektivitou, prehľadným spracovaním výsledkov (farebné hlukové mapy, videá, zvukové nahrávky). PRINCÍP ČINNOSTI AKUSTICKEJ KAMERY Akustická kamera je modulárny a flexibilný nastroj na vizualizáciu, lokalizáciu a analýzu zdrojov hluku. Prostredníctvom vizualizácie, exaktných výsledkov a rýchlych výsledkov znižuje vývojové časy následných technických opatrení na znižovanie hlukovej záťaže obyvateľstva. Princípom akustickej kamery je ukázať súvislosť medzi počutím a "videním" hluku. Po skončení merania je možné si vypočuť (prezrieť) akustický snímok alebo akustický film. Zvuk príslušného nameraného miesta si možno vypočuť a vykonať jeho bližšiu analýzu. Takýmto spôsobom je možné počuť a analyzovať také zdroje hluku, ktoré sú inak prekryté podstatne silnejšími zdrojmi hluku. Pri akustickom filme možno pomocou špecializovaného softvéru dodatočne animovať obraz. Taktiež je možné vytvoriť spektrum vypočutých miest. Základná zostava akustickej kamery pozostáva: matice mikrofónov (tzv. mikrofónovej antény), 55

2 dátový rekorder, notebook, softwér NoiseImage. Video kamera Kalibrátor PC Pole s Data Rekordér Prídavný senzor Obr. 1 Fig. 1 Základná zostava akustickej kamery Modular Measurement Tool of acoustic camera Akustická kamera využíva obdĺžnikovú zobrazovaciu rovinu za účelom presného výpočtu oneskorení akustických zvukových signálov vyžarovaných z rôznych zdrojov hluku k jednotlivým mikrofónom antény. Výpočet je vykonaný za predpokladu, že zobrazovacia rovina sa nepohybuje počas merania. Výsledkom rozdelenia zobrazovacej roviny na riadky a stĺpce je konečný počet zobrazovacích bodov - pixelov a stred tejto oblasti je použitý na výpočet. Anténa s Zobrazovacia rovina y x z y x Aktuálny výpočtový obrazový bod rozličné vzdialenosti r i zapríčiňujú rôzne oneskorenia Obr. 2 Fig. 2 Oneskorenia medzi jednotlivými antény a zobrazovacou rovinou Runtimes between array and a virtual still image plane 56

3 SOFTVÉROVÉ VYBAVENIE SYSTÉMU Softvérová časť pozostáva zo softvéru NoiseImage, ktorý umožňuje získanie nameraných dát, ich prenos do zariadenia, vyhodnotenie týchto dát, vytváranie akustických snímkov a filmových záberov. Softvér NoiseImage s jednoduchým intuitívnym ovládaním bol vyvinutý za účelom dosiahnutia interakcie medzi priestorom, časom a frekvenciou. Pri vytváraní modelu je sledovaná iba ekvivalentná hladina akustického tlaku a v akustickom obraze sú hodnoty farebne rozlíšené ako by boli vytvárané bodovými zdrojmi. rovina s λ = c f = v f schall = sample 344m bodové zdroje bieleho šumu > 1m vzdialenosť = r > 0.05 m rozdiel od ďalšieho = x m Rovina zdroja neurčitá plocha: 3 cm x/2 X = 0.05 m m Geometricky λ = Δ min 48 khz => 7.2 mm => cm 65 khz => 5.3 mm => cm 96 khz => 3.6 mm => 8.49 cm x neurčitá kruhová plocha okolo možného zdroja x = r + Δ 2 ( ) 192kHz => 1.8 mm => 6.01 cm min m ~ 1.25 mm 2 r Obr.3 Príncíp výpočtu časových oneskorení Fig. 3 Runtime delay sprinciple APLIKÁCIA V PRIEMYSLE Tu uvedieme aplikáciu akustickej kamery pri meraní hluku veľkých priemyselných zdrojov, v tomto veternej elektrárne. Na obr. 4 je znázornený pohľad na veternú elektráreň a meracie stanovište s inštalovanou akustickou kamerou. Na obr.5 sú znázornené emisie hluku veternej elektrárne. Kritické frekvencie zaznamenané na meracom stanovišti sú zrejmé zo spektrogramu, viď obr.6 Zloženie celého frekvenčného spektra, je zrejmé z obr. 7 z ktorého jasne vidieť kritické frekvencie. Obr.4 Veterná elektráreň a inštalovaná akustická kamera Fig. 4 Wind power plant and instaled acoustic camera 57

4 Obr.5 Vizualizácia emisií hluku Fig. 5 Visualisation os noise emission Obr.5 Spektrogram emitovaného hluku Fig. 5 Spectrogram of emited noise Obr.6 Frekvenčné spektru zaznamenaného hluku Fig. 6 Frequency spectrum of recorded noise ZÁVER Akustická kamera rozširuje doterajšie postupy analýzy. Je vlastne mnohosenzorickým virtuálnym štúdiom pre detailné analýzy zdrojov hluku. Zahŕňa obvyklé spôsoby analýzy, ako hodnotenie hladiny A, terciálne a úzkopásmové analýzy, filtre a mnoho ďalších možností. Je možné vykonávať detailnejšie analýzy. Na spektrograme je možné napríklad zaznamenávať zvuky v čase a frekvenčnom rozsahu. Na akustickom obraze je potom možné lokalizovať zdroje týchto zvukov, vypočuť emitovaný hluk v tomto bode, zobraziť kritické frekvencie a toto všetko po skončení merania. 58

5 LITERATÚRA 1. LUMNITZER, E. - ROMÁNOVÁ, M.: Modelovanie dopravného hluku a hluku z stacionárnych zdrojov v oblasti mestskej zástavby. In: Acta Mechanica Slovaca. roč. 9, č. 2-b eiam 05 (2005), s ISSN BADIDA, M. - LUMNITZER, E. - ROMÁNOVÁ, M.: Metodika určovania neistôt merania hluku pri hygienických meraniach. In: Acta Mechanica Slovaca. roč. 10, č. 3 (2006), s ISSN BADIDA, M. - LUMNITZER, E. - ROMÁNOVÁ, M.: Hluk v pracovnom prostredí a jeho hodnotenie v zmysle novej legislatívy. In: Trendy lesníckej, drevárskej a environmentálnej techniky a jej aplikácie vo výrobnom procese : Medzinárodná vedecká konferencia k 10. výročiu vzniku FEVT : Zvolen, september Zvolen : Technická univerzita, s ISBN