ISO/TR 7849:1987
(Main)Acoustics — Estimation of airborne noise emitted by machinery using vibration measurement
Acoustics — Estimation of airborne noise emitted by machinery using vibration measurement
Gives basic requirements for reproducible methods for determining the sound power emitted by machines. The method is especially applicable in cases where direct measurements are not possible because of high background noise. The methods are only applicable to noise which is emitted by vibrating surfaces of solid structures and not to noise generated aerodynamically.
Acoustique — Détermination du bruit aérien émis par les machines par mesurage des vibrations
Akustika - Ocena emisije hrupa v zraku z merjenjem vibracij naprav
General Information
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TECHNICAL REPORT 7849
Published 1987-12-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION~MEM~YHAPO~HAH OPfAHM3AL.lMR IlO CTAHAAPTM3A~M~oORGANISATION INTERNATIONALE DE NDRMALISATION
Acoustics - Estimation of airborne noise emitted by
machinery using Vibration measurement
Acoustique - Estimation du bruit ahrien emis par les machines par mesurage des vibrations
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national Standards bodies (ISO member bedies).
The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Esch member body
interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee.
International organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
The main task of ISO technical committees is to prepare International Standards. In exceptional circumstances a technical committee
may propose the publication of a technical report of one of the following types :
-
type 1, when the necessary support within the technical committee cannot be obtained for the publication of an International
Standard, despite repeated efforts;
-
type 2, when the subject is still under technical development requiring wider exposure;
-
type 3, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is normally published as an
International Standard (“state of the art”, for example).
Technical reports are accepted for publication directly by ISO Council. Technical reports types 1 and 2 are subject to review within
three years of publication, to decide if they tan be transformed into International Standards. Technical reports type 3 do not
necessarily have to be reviewed until the data they provide are considered to be no longer valid or useful.
ISO/TR 7849 was prepared by Technical Committee ISO/TC 43, Acoustics.
The reasons which led to the decision to publish this document in the form of a technical report type 2 are explained in the
Introduction.
0 Introduction
0.1 Reasons for publication as a technical report type 2
The proposal to prepare an International Standard on measurement and characterization of noise radiated by structure-borne
components of machinery was initiated in 1979 at the ISO/TC 43/SC 1 meeting. A draft proposal was prepared for discussion.
However, in 1982 it was decided that the text of this DP should be amended on the basis of the member body comments, and as the
subject had not sufficiently advanced to prepare an International Standard, the amended text should be submitted for adoption as a
Technical Report. This proposal to publish as a Technical Report was supported by the majority of participating members of TC 43.
This document is published in the form of a technical report type 2 as the subject cannot yet be considered suitable for an Inter-
national Standard because of the lack of present knowledge on some measurement characteristics; the accuracy of the method
remains, for example, uncertain when applied to specific families of machines which are most relevant in noise radiation. The subject
is still under study and this Technical Report may encourage further practical investigation in this field, producing basic data to
Change this Technical Report into an International Standard in future.
6)
c-
UDC 534.647 : 621 Ref. No. ISO/TR 7849 : 1987 (E)
. .
Descriptors : acoustics, Vibration, machinery, tests, acoustic tests, determinaticn, noise (Sound), airborne Sound.
0 International Organkation for Standardkation, 1987 @
Price based on 20 pages
Printed in Switzerland
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ISO/TR 7849 : 1987 (EI
0.2 General
The determination of airborne noise emission of a machine by measuring vibrations of the machine’s outer surface may be of interest
in the following cases:
-
reflected room boundaries) is high compared
when undesired background noise (e-g. noise from other machines or Sound
bY
with the noise radiated directly by the mach ine under test;
-
the noise radiated by structural Vibration is to be separated from noise of aerod ynamic origin (also in cases where the
when
new noise intensity measuring technique cannot easily be applied);
from a component of a machine set, is to be determined in
where the structure-borne noise from only a part of a machine
I or
other Parts of the whole Source.
the presence of noise from the
This Technical Report gives a procedure for estimating the Sound power of the airborne noise emitted by machinery from vibratio n
be applied without great difficulty if
measurements. Under certain conditions, the measurement procedure tan
-
the shape of the machine’s outer surface is more or less simple;
-
vibrations at different measurement locations are not significantly correlated, and a large number of resonant modes of vibra-
tion are found within the frequency band.
Certain well correlated sources of simple shape tan also be treated (Vibration of a Source of zero Order, Piston Vibration). If these
conditions are not fulfilled, some Problems arise as described in 0.3. For such cases it is not yet possible to give exact requirements for
the measurement procedures, but some measurement procedures are put forward in this Technical Report.
determining the Sound power from a knowledge of the mean Square
0.3 Assumptions and Problems in
value of the surface velocity of vib ration of machines
0.3.1 The airborne Sound power radiated by a mac hine or equi pment ca used structural vibrations of its outer surface
bY only,
k
tan be estimated by using the following equation :
= QC r2 Ssa
PS
where
is the fluid characteristic impedance,
is the mean density of the fluid (i.e. air),
e
c is the velocity of Sound in the fluid (i.e. air);
i2 is the mean Square value of the normal vibratory velocity averaged over the surface area SS;
is the area of the defined outer surface of the machine;
SS
ci is the radiation factor.
meteorolog conditions, the formula given uires the
As the characteristic impedance QC is a constant for known
w
quantities 2, SS and o to be determined.
0.3.2 The value of 2 is obtained from measurements of the r.m.s. vibratory velocity component perpendicular to the machine’s
outer surface and taken for a sufficient number of measurement locations distributed over the relevant outer surface of the machine.
The array and number of measurement locations tan be regarded as sufficient if the value of 2 remains stable within the precision of
the method for an increasing number and changed array of measurement locations. A random distribution of Vibration pick-ups
appears to be desirable. Guidelines on a practical approach are given in 7.2 and 7.3.
1 subdivide the machine’s sutface area in Order to rank the Sound power radiated from different components. The
lt may be desirable to
implication of this su bdivision is that each area radiated Sound independently.
2
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ISO/TR 7849 : 1987 (E)
The spatial Variation of Vibration velocity depends on
a) the number of resonant modes excited simultaneously in the frequency band;
b) the degree of non-uniformity of the structure (e.g. presence of ,stiffness, holes Variation and thickness of material);
c) the spatial distribution of the exciting forces.
The major Problem occurs when very few modes are excited at resonance in a frequency band.
0.3.3 The area of the relevant outer surface of the machine, SS, tan be calculated easily if the shape of the outer sutface of the
machine is simple (e.g. cylindrical, spherical, composition of flat plates, etc.).
One Problem is the radiation from connected structures, such as pipes, mounts, supports, etc., and the radiation from grid-work, rib
surfaces, perforated surfaces and supporting structures.
lt is recommended to define SS for specific kinds of machinery in connection with the relevant radiation factor (see the
“Bibliography”).
0.3.4 The radiation factor, 0, depends on the following factors:
a) The dimension of the radiating surface compared with the wavelength of the Sound in air for the relevant frequencies.
b) The shape of the radiating sut-face.
c) The modal Pattern in the frequency band.
The value of o is determined not only by the structure, but also by the distribution and manner of excitation and by the internal loss
factor. So for a certain machine, CT may vary if the field of exciting forces changes (e.g. between idling and load).
The radiation factor of individual modes of certain idealized uniform structures, such as spheres, flat plates and circular cylinders,
is known. The modal-average radiation factor of such structures is also known on the assumption of equal modal energy. Certain
kinds of excitation may res& in non-uniform modal energy, e.g. airborne excitation, Single excitation, impulsive excitation.
d) The time characteristics of the process (stationary or non-stationary).
The radiation factor tan be determined as follows:
a) Theoretically, as described above (see the “Bibliography”).
b) Experimentally from measurements on one or more structures being representative of a certain family of machines or
equipment.
This method uses the equation given in 0.3.1 in the following form:
PS
=-
t7
QCSs2
Ps is the airborne Sound power determined either in accordance with ISO 3741, ISO 3742, ISO 3743, ISO 3744, ISO 3745 or
ISO 3746 or by us’ing Sound intensity measurement;
QC, SS and v2 are determined as described previously.
By assuming estimated a-values as a function of frequency.
Cl
Such values may be derived for machines having similar acoustical behaviour as compared with Sound sources beirigg investigated
carefully according to methods a) and b).
According to some investigations the radiation factor a(f) of a spherical Source of zero Order (see 8.3.2) approximates, for
example, the radiation factor of a large number of Sound sources (machines, equipment).
A very rough estimation of 0 is given by the value a = 1. In general, this assumption allows one to estimate an upper value for the
radiated Sound power, Ps.
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ISO/TR 7849 : 1987 (EI
1 Scope and field of application
This Technical Report gives basic requirements for reproducible methods for estimating the Sound power emitted by machines or
equipment by using surface Vibration measurements. The method is especially applicable in cases where accurate direct airborne
noise measurements as specified in ISO 3741, ISO 3742, ISO 3743, ISO 3744 and ISO 3745 are not possible because of high back-
ground noise or other parasitic environmental influences. The methods are only applicable to noise which is emitted by vibrating
surfaces of solid structures and not to noise generated aerodynamically. The method described in this Technical Report applies mainly
to processes which are stationary with respect to time. Research into the possibility of extending these techniques to non-stationary
processes is, however, encouraged.
Guidelines for the estimation of the radiation factor Variation with frequency are given in annex D. Recommendations on the selection
of frequency bands are given in annex E.
This Technical Report specifies procedures by which the Sound power radiated from individual Parts of the whole of the vibrating sur-
face of large machines tan be estimated by Vibration measurements.
2 References
ISO 1683, Acoustics - Preferred reference quan tities for acoustic levels.
l
Precision methods for broad-band sources in
ISO 3741, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources -
reverberation rooms.
ISO 3742, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources - Precision methods for discrete- frequenc y and
narrow-band sources in reverbera tion rooms.
l SO 3743, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources - Engineering methods for special reverberation test
rooms.
Determination of Sound power levels of noise sources - Engineering methods for free-field conditions over a
ISO 3744, Acoustics -
re flecting plane.
ISO 3745, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources - Precision methods for anechoic and semi-anechoic
rooms.
ISO 3748, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources - Engineering method for smald nearly omnidirectional
sources under free-field conditions over a reflecting plane. 1)
Mechanical moun ting of accelerometers. 1)
ISO 5348, Mechanical Vibration and shock -
IEC Publication 225, Octave, half-octave and third-octave band filters intended for the analysis of Sounds and vibrations.
IEC Publication 651, Sound level meters.
3 Def initions
For the purposes of this Technical Report, the following definitions apply.
machine in the frequency range of audible Sound.
31 structure-borne Sound: Vibration transmitted through solid structures of a
lt’is determined either from the vibratory velocity or the vibratory acceleration of the surface of the solid structure.
3.2 machine :
(1) Item of equipment which incorporates a Single noise Source.
(2) Assembly of items of equipment which incorporates several noise sources.
in the direction normal
3.3 vibratory velocity : Component of the ve locity of the vibrating surface to the surface. The root-mean
Square (r.m.s.) value of the vibratory velocity is designated by the Symbol v.
NOTE - The vibratory displacement is the time integral of the Vibrator-y velocity. The r.m.s. displacement for sinusoidal Vibration, S, with frequencyf
is given by the following equation :
V
=-
. . . (1)
s
2nf
The vibratory acceleration is the time derivative of the vibratory velocity. The r.m.s. acceleration for sinusoidal Vibration, a, with frequencyfis given
by the following equation :
. . . (2)
a = 27tfv
1) At present at the Stage of draft.
4
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ISO/TR 7849 : 1987 (EI
. vibratory velocity level, L,: Velocity level, in decibels, given by the following equation :
34
. . .
(3)
v is the r.m.s. value of the vibratory velocity within the frequency band of interest;
v, is the reference velocity 1) and is equal to 5 x 10-8 m/s ( = 50 nm/s).
NOTES
1 For airborne a nd structure-borne Sound, the reference velocity, wo, has the property that the intensity level, the pressure level and the
vibratory veiocity level for a progressive plane wave in air are almost equal n magnitude (se ISO
1683).
2 The determination of the Vibrator-y velocity level, L,, from the vibratory acceleration level, L,, is described in annex F.
radiation factor, t~: Factor expressing the efficiency of Sound radiation and given by the following equation :
35 .
PS
o=-
. . .
(4)
QCSsy2
is the airborne Sound power emitted by the vibrating surface of the machine;
PS
is the characteristic impedance of air,
ec
is the mean density of air,
is the velocity of Sound in air;
c
SS is the area of the vibrating surface (vibrating measurement surface; see 3.8);
v* is the squared r.m.s. value of the Vibrator-y velocity averaged over the area SS.
The three quantities CT, Ps and z relate to the same period of time.
3.6 radiation index: Index defined by the expression IO Ig a.
3.7 airborne Sound power level, LW:
Ten times the logarithm to the base 10 of the ratio of a given Sound power to the reference
Sound power. The width of a restricted frequency band is indicated, e.g. octave-band power level, one-third octave-band power level,
etc. The airborne Sound power Ievel is expressed in decibels (reference Sound power: 1 pW). The airborne Sound power level for a
particular part of the sur-face of the machine, Lws, is given by the following equation :
PS
Lws= 1Olg p . . .
(5)
0
where
is the Sound power radiated by the relevant part of the surface of the machine;
PS
Po is the reference Sound power ( = IO-12 W = 1 pW).
38 vibrating measurement surface : The surface or Parts of the machine on measu rement positions lie;
its area is designated by the Symbol SS.
1) The choice of v0 = IO-9 m/s (as specified in ISO 1683) would result in a vibratory velocity level which is 34 dß higher than the level used in this
Technical Report. In equations (6), (10), (11) and (17) 34 dß shall, therefore, be subtracted from the right-hand side.
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- L
ISO/TR 7849 : 1987 (E)
3.9 extraneous structure-borne vibratory velocity level: Vibratory velocity level determined when the machine is not working
or caused by other undesired sources. Extraneous structure-borne Sound originates from structures other than the machine under
consideration, e.g. from coupled assemblies.
3.10 spherical Source of zero Order: Sphere vibrating with uniform Phase and the same amplitude over the whole surface.
4 Principle
4.1 General
The method described in this Technical Report is based on the assumption that the airborne Sound power output of a vibrating
surface is directly proportional to the mean-Square vibratory velocity averaged over the vibrating surface and directly proportional to
the area of the vibrating surface.
4.2 Method
Vibratory velocity levels in frequency bands are determined at a specified number of locations on the measurement surface of the
vibrating structure (the Sound Source), using Vibration measurement equipment. The average vibratory velocity level in frequency
bands plus a term for the area of the measurement surface plus a term for the efficiency of Sound radiation of the structure gives the
airborne Sound power level in frequency bands.
Three ways of estimating the radiation factor, 0, and hence the airborne Sound power level are described as follows:
a radiation factor ci = 1 is assumed, an approximate upper limit to the radiated airborne Sound power is obtained. Thus an
a) If
from the A-weighted vibratory velocity level.
limit for the A-weighted a irborne Sound power level tan be estimated
upper
b) If, for a given structure, the Sound radiation model of a spherical Source of zero Order tan be justified (e.g. for compact
machines), the frequency-dependent radiation factor CT tan be obtained from a theoretical curve. By using vibratory velocity levels
determined in frequency bands, airborne Sound power levels in frequency bands tan be determined; from these levels the
A-weighted airborne Sound power levels may be calculated.
c) For more accurate determination, the frequency-dependence of the radiation factor CJ for the structure or family of machines
under test is determined. This also requires the determination of vibratory velocity levels in frequency bands and results in band
Sound power levels and, if required, the A-weighted airborne Sound power level.
5 Measuring instrumentation
5.1 General
In this clause, measuring instrumentation using Vibration pick-ups is described. In most cases it will be convenient to make use of light
accelerometers; however, for special purposes, other kinds of equipment and measuring techniques may be needed (e.g. non-contact
devices, laser-doppler methods).
5.2 Vibration pick-up
The Vibration pick-up tan load the vibrating surface.
For Vibration measurements covering a wide frequency range, piezoelectric accelerometers should be preferred. When selecting an
accelerometer for a particular application, allowance should be made for the Parameters of the transducer and the environmental
conditions in which it is to be used.
Measurements are normally confined to using the linear Portion of the frequency-response curve of the accelerometer which, at the
high frequency end, is limited by the resonance of the transducer. As a rule-of-thumb the upper frequency limit for measurements tan
be set to one-third of the resonance frequency of the accelerometer so that Vibration components measured at this limit will deviate by
no more than 1 dß.
Small, low-mass accelerometers may have high resonance frequencies but in general they have low sensitivity (dynamic range). So a
compromise has to be made because high sensitivity normally entails a large piezoelectric assembly and, consequently, a relatively
large, heavy unit with low resonance frequency.
6
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ISO/TR 7849 : 1987 (EI
The mass of the accelerometer becomes important when measuring on light test objects. To avoid mass-loading errors, the dynamic
mass of the transducer should be much less than the dynamic mass of the structure at the Point of attachment [0,2 es cL h*/fin the
case of a flat plate, see equation (13)l.
5.3 Amplifier and filter
The Signals generated by the Vibration pick-up shall be amplified, filtered and indicated as r.m.s. values. The structure-borne noise
shall be measured with a Sound level meter or an equivalent measurement System complying with the requirements for a type 0 or
type 1 instrument as specified in IEC Publication 651 with the microphone replaced by the Vibration pick-up. The filters shall be in
accordance with IEC Publication 225.
5.4 Integrator
If an integrator to transform acceleration Signals to velocity Signals is used, it shall have characteristics which match the dynamic
range of the measuring System. If this requirements is not satisfied and the Signal to be measured is too low, the vibratory velocity
levels shall be calculated directly from the vibratory acceleration levels (sec annex F).
5.5 Calibration
The entire measuring System shall be calibrated at one or more frequencies before each series of measurements is begun. The peak
value of an acceleration Signal corresponding to an acceleration of 9,81 m/s* may serve as the calibration Signal. In addition, the pick-
up and the electrical measuring instrumentation should be checked as a unit electrically over the entire frequency range of interest at
least every other year.
Example :
If the Vibration pick-up is calibrated by a sinusoidal acceleration Signal, the resulting vibratory velocity level (reference velocityl), v,:
in decibels, is given by the following equation :
5 x IO-8 m/s), L,
L” = 2OIg a . . . (6)
Wf- VOJZ
Hence, for a calibration with a peak acceleration value of &’ = 9,81 m/s* and a frequency, fi of 100 Hz, the vibratory velocity level 1) is
106,9 dB.
6 Description, instailation and operating conditions
6.1 General
In most cases, the emitted Sound power will depend on both the installation and the operating conditions, and general recommenda-
tions on these are given in 6.2 to 6.4. If, however, airborne Sound measurement test Codes for the relevant family of machines exist,
the installation and operating conditions specified in those Codes shall be used.
6.2 Description of the machine
If the machine features auxiliary equipment or components which emit Sound, these should be identified. The items of auxiliary equip-
ment required to be running during the test shall be specified.
Sources of extraneous structure-borne Sound should be identified.
The procedures specified in this Technical Report do not allow the direct measurement of extraneous structure-borne Sound. The use of
NOTE -
correlation measurements or the comparison of Vibration spectra of coupled assemblies may be necessary.
6.3 Installation
The installation and mounting of the machine shall, as far as possible, be that intended for its final application. If the structural sur-
faces of the machine are covered by non-structural materials (e.g. insulation), the Vibration pick-up shall be mounted on a non-
structural surface (sec also annex B).
1) See footnote to 3.4.
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ISO/TR 7849 : 1987 (EI
6.4 Operating conditions
The machine shall be operated in a manner representative of normal use. One or more of the following operating conditions may be
appropriate (sec also 6.1) :
a) machine under nominal load/nominal operating conditions;
b) machine under full load, if different from a);
c) machine under no load (idling);
d) machine under operating conditions corresponding to maximum Sound radiation representative of normal use;
e) machine under simulated load, operating under precisely defined conditions.
7 Determination of the vibratory velocity on the vibrating measurement surface
7.1 General
The specifications given in 7.2 to 7.8 are of a general nature, but if test Codes for the relevant family of machine exist, the specific
requirements in those Codes shall be used.
NOTE - The accuracy of the measurement results depends to a large extent on the number and distribution of the measurement positions and the
distribution of the vibratory velocity on the vibrating measurement surface.
Where an individual bandwidth contains a Single strong tonal component, the uncertainty of the estimate determined by the method
might be high.
7.2 Vibrating measurement surface
7.2.3 General
Suitable measurement surfaces shall be selected according to the criteria outlined in 7.2.2 to 7.2.4.
NOTE - The results of any preliminan/ investigations (see 7.2.4) and the structures of the radiating areas (e.g. the presence of stiffeners) should be
.
taken into account when selecting the measurement sutface.
7.2.2 Uniformly repeated structures
If the machine possesses uniformly repeated structures and if there are geometrical symmetries and symmetries in the excitation
forces, then, provided that preliminary investigations have proved all elements to be equivalent with respect to the mean vibratory
velocity level in any frequency band, measurements may be carried out on a Single structure.
7.2.3 Uniformly distributed measurement positions
The vibrating measurement surface shall be divided into IV Parts of equal area SsIN. One measurement Position shall be situated in
the centre of each partial surface.
7.2.4 Non-uniformly distributed measurement positions
If Parts of the vibrating measurement surface are known from preliminary investigations to vibrate more intensely than others, the
measurement positions may be distributed more densely over those Parts vibrating more intensely.
In this case, each measurement Position i represents one partial surface Ssi (sec 8.2).
7.3 Number of measurement positions
The initial number of measurement positions on the vibrating measurement surface may be Chosen according to table 1.
- Initial number of measurement positions
Table 1
Area of the vibrating
Number of measurement
measurement surface, Ss
positions
m*
s,< 1
1 < s, < 10
s, > 10
where S, = 1 m*
8
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ISOITW 7849 : ‘1987 (E)
The number of measurement positions shall be increased if the differente between the highest and lowest vibratory velocity level, in
decibels, in any frequency band is larger than the number of positions given in table 1. Such an increase in the number of measure-
ment positions may, for example, be necessary if a predominant pure tone exists within the relevant bandwidth.
The number of measurement positions shall be progressively dou bled until the mean Vibrator-y velocity level, L, tsee 8.21,
stays
a range of 1 dB.
stant within
7.4 Environmental conditions
The measuring equipment shall be selected according to the environmental condition (sec 5.21, account being taken of the manufac-
turer’s specifications. The influence of any cable (see clause A.2) may be reduced by using pick-ups with integrated impedance
transducers.
7.5 Measurement procedure
For the specified operating conditions, the vibratory velocity level, Ly,
shall be determined at each measurement Position for all
frequency bands within the frequency range of interest. The vibratory velocity level, LI, may be determined from the Vibrator-y
acceleration level, La, in accordance with annex F or from the acceleration Signal by direct integration (sec 5.41, thus avoiding calcu-
lationst). The measurement shall be carried out by using the time-weighting characteristic S (“slow”) of the Sound level meter or by
an integrating Sound level meter.
The measurement time should be Chosen so that it is appropriate for the type of Sound radiated by the structure and the Signal
processing techniques.
For steady Sound, for example, the measurement time should be at least IO s for centre frequencies of 200 Hz and higher. For time-
varying Sound, the measurement time shall be Chosen in such a way that the noise of the machine is measured unambiguously for the
specified operating mode.
If the preliminary investigations have shown that at particular measurement positions the vibratory velocity levels (or acceleration
levels, see annex E) of the extraneous structure-borne Sound are less than 10 dB below the levels of the machine when operating, they
shall also be determined by a suitable method (see note in 6.2) and a correction made (see 8.1).
NOTE - If it is not possible to determine the levels of the extraneous structure-borne Sound separately (e.g. owing to the inseparable coupling of the
accordance with clause 8 will be too high.
machine with other assemblies), the results calculated in
7.6 Mounting of the Vibration pick-up
The Vibration pick-up shall be mounted so that it senses as closely as possible the true velocity of the vibrating surface at the measure-
ment Position over the frequency range of interest. lt shall be mounted in accordance with ISO 5348 with its Vibration axis normal to
the vibrating surface. For recommendations on mounting methods, see annex A.
7.7 Influence of the mass of the Vibration pick-up
lt is strongly recommended to use a light pick-up (see 5.2 for explanations). If such a pick- ,up is not available, the correction according
r structures, the accu racy of this correction is unknown.
to annex
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO/TR 7849:1997
01-april-1997
Akustika - Ocena emisije hrupa v zraku z merjenjem vibracij naprav
Acoustics -- Estimation of airborne noise emitted by machinery using vibration
measurement
Acoustique -- Détermination du bruit aérien émis par les machines par mesurage des
vibrations
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO/TR 7849:1987
ICS:
17.140.20 Emisija hrupa naprav in Noise emitted by machines
opreme and equipment
17.160 Vibracije, meritve udarcev in Vibrations, shock and
vibracij vibration measurements
SIST ISO/TR 7849:1997 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO/TR 7849:1997
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SIST ISO/TR 7849:1997
TECHNICAL REPORT 7849
Published 1987-12-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION~MEM~YHAPO~HAH OPfAHM3AL.lMR IlO CTAHAAPTM3A~M~oORGANISATION INTERNATIONALE DE NDRMALISATION
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The main task of ISO technical committees is to prepare International Standards. In exceptional circumstances a technical committee
may propose the publication of a technical report of one of the following types :
-
type 1, when the necessary support within the technical committee cannot be obtained for the publication of an International
Standard, despite repeated efforts;
-
type 2, when the subject is still under technical development requiring wider exposure;
-
type 3, when a technical committee has collected data of a different kind from that which is normally published as an
International Standard (“state of the art”, for example).
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three years of publication, to decide if they tan be transformed into International Standards. Technical reports type 3 do not
necessarily have to be reviewed until the data they provide are considered to be no longer valid or useful.
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The proposal to prepare an International Standard on measurement and characterization of noise radiated by structure-borne
components of machinery was initiated in 1979 at the ISO/TC 43/SC 1 meeting. A draft proposal was prepared for discussion.
However, in 1982 it was decided that the text of this DP should be amended on the basis of the member body comments, and as the
subject had not sufficiently advanced to prepare an International Standard, the amended text should be submitted for adoption as a
Technical Report. This proposal to publish as a Technical Report was supported by the majority of participating members of TC 43.
This document is published in the form of a technical report type 2 as the subject cannot yet be considered suitable for an Inter-
national Standard because of the lack of present knowledge on some measurement characteristics; the accuracy of the method
remains, for example, uncertain when applied to specific families of machines which are most relevant in noise radiation. The subject
is still under study and this Technical Report may encourage further practical investigation in this field, producing basic data to
Change this Technical Report into an International Standard in future.
6)
c-
UDC 534.647 : 621 Ref. No. ISO/TR 7849 : 1987 (E)
. .
Descriptors : acoustics, Vibration, machinery, tests, acoustic tests, determinaticn, noise (Sound), airborne Sound.
0 International Organkation for Standardkation, 1987 @
Price based on 20 pages
Printed in Switzerland
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SIST ISO/TR 7849:1997
ISO/TR 7849 : 1987 (EI
0.2 General
The determination of airborne noise emission of a machine by measuring vibrations of the machine’s outer surface may be of interest
in the following cases:
-
reflected room boundaries) is high compared
when undesired background noise (e-g. noise from other machines or Sound
bY
with the noise radiated directly by the mach ine under test;
-
the noise radiated by structural Vibration is to be separated from noise of aerod ynamic origin (also in cases where the
when
new noise intensity measuring technique cannot easily be applied);
from a component of a machine set, is to be determined in
where the structure-borne noise from only a part of a machine
I or
other Parts of the whole Source.
the presence of noise from the
This Technical Report gives a procedure for estimating the Sound power of the airborne noise emitted by machinery from vibratio n
be applied without great difficulty if
measurements. Under certain conditions, the measurement procedure tan
-
the shape of the machine’s outer surface is more or less simple;
-
vibrations at different measurement locations are not significantly correlated, and a large number of resonant modes of vibra-
tion are found within the frequency band.
Certain well correlated sources of simple shape tan also be treated (Vibration of a Source of zero Order, Piston Vibration). If these
conditions are not fulfilled, some Problems arise as described in 0.3. For such cases it is not yet possible to give exact requirements for
the measurement procedures, but some measurement procedures are put forward in this Technical Report.
determining the Sound power from a knowledge of the mean Square
0.3 Assumptions and Problems in
value of the surface velocity of vib ration of machines
0.3.1 The airborne Sound power radiated by a mac hine or equi pment ca used structural vibrations of its outer surface
bY only,
k
tan be estimated by using the following equation :
= QC r2 Ssa
PS
where
is the fluid characteristic impedance,
is the mean density of the fluid (i.e. air),
e
c is the velocity of Sound in the fluid (i.e. air);
i2 is the mean Square value of the normal vibratory velocity averaged over the surface area SS;
is the area of the defined outer surface of the machine;
SS
ci is the radiation factor.
meteorolog conditions, the formula given uires the
As the characteristic impedance QC is a constant for known
w
quantities 2, SS and o to be determined.
0.3.2 The value of 2 is obtained from measurements of the r.m.s. vibratory velocity component perpendicular to the machine’s
outer surface and taken for a sufficient number of measurement locations distributed over the relevant outer surface of the machine.
The array and number of measurement locations tan be regarded as sufficient if the value of 2 remains stable within the precision of
the method for an increasing number and changed array of measurement locations. A random distribution of Vibration pick-ups
appears to be desirable. Guidelines on a practical approach are given in 7.2 and 7.3.
1 subdivide the machine’s sutface area in Order to rank the Sound power radiated from different components. The
lt may be desirable to
implication of this su bdivision is that each area radiated Sound independently.
2
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SIST ISO/TR 7849:1997
ISO/TR 7849 : 1987 (E)
The spatial Variation of Vibration velocity depends on
a) the number of resonant modes excited simultaneously in the frequency band;
b) the degree of non-uniformity of the structure (e.g. presence of ,stiffness, holes Variation and thickness of material);
c) the spatial distribution of the exciting forces.
The major Problem occurs when very few modes are excited at resonance in a frequency band.
0.3.3 The area of the relevant outer surface of the machine, SS, tan be calculated easily if the shape of the outer sutface of the
machine is simple (e.g. cylindrical, spherical, composition of flat plates, etc.).
One Problem is the radiation from connected structures, such as pipes, mounts, supports, etc., and the radiation from grid-work, rib
surfaces, perforated surfaces and supporting structures.
lt is recommended to define SS for specific kinds of machinery in connection with the relevant radiation factor (see the
“Bibliography”).
0.3.4 The radiation factor, 0, depends on the following factors:
a) The dimension of the radiating surface compared with the wavelength of the Sound in air for the relevant frequencies.
b) The shape of the radiating sut-face.
c) The modal Pattern in the frequency band.
The value of o is determined not only by the structure, but also by the distribution and manner of excitation and by the internal loss
factor. So for a certain machine, CT may vary if the field of exciting forces changes (e.g. between idling and load).
The radiation factor of individual modes of certain idealized uniform structures, such as spheres, flat plates and circular cylinders,
is known. The modal-average radiation factor of such structures is also known on the assumption of equal modal energy. Certain
kinds of excitation may res& in non-uniform modal energy, e.g. airborne excitation, Single excitation, impulsive excitation.
d) The time characteristics of the process (stationary or non-stationary).
The radiation factor tan be determined as follows:
a) Theoretically, as described above (see the “Bibliography”).
b) Experimentally from measurements on one or more structures being representative of a certain family of machines or
equipment.
This method uses the equation given in 0.3.1 in the following form:
PS
=-
t7
QCSs2
Ps is the airborne Sound power determined either in accordance with ISO 3741, ISO 3742, ISO 3743, ISO 3744, ISO 3745 or
ISO 3746 or by us’ing Sound intensity measurement;
QC, SS and v2 are determined as described previously.
By assuming estimated a-values as a function of frequency.
Cl
Such values may be derived for machines having similar acoustical behaviour as compared with Sound sources beirigg investigated
carefully according to methods a) and b).
According to some investigations the radiation factor a(f) of a spherical Source of zero Order (see 8.3.2) approximates, for
example, the radiation factor of a large number of Sound sources (machines, equipment).
A very rough estimation of 0 is given by the value a = 1. In general, this assumption allows one to estimate an upper value for the
radiated Sound power, Ps.
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SIST ISO/TR 7849:1997
ISO/TR 7849 : 1987 (EI
1 Scope and field of application
This Technical Report gives basic requirements for reproducible methods for estimating the Sound power emitted by machines or
equipment by using surface Vibration measurements. The method is especially applicable in cases where accurate direct airborne
noise measurements as specified in ISO 3741, ISO 3742, ISO 3743, ISO 3744 and ISO 3745 are not possible because of high back-
ground noise or other parasitic environmental influences. The methods are only applicable to noise which is emitted by vibrating
surfaces of solid structures and not to noise generated aerodynamically. The method described in this Technical Report applies mainly
to processes which are stationary with respect to time. Research into the possibility of extending these techniques to non-stationary
processes is, however, encouraged.
Guidelines for the estimation of the radiation factor Variation with frequency are given in annex D. Recommendations on the selection
of frequency bands are given in annex E.
This Technical Report specifies procedures by which the Sound power radiated from individual Parts of the whole of the vibrating sur-
face of large machines tan be estimated by Vibration measurements.
2 References
ISO 1683, Acoustics - Preferred reference quan tities for acoustic levels.
l
Precision methods for broad-band sources in
ISO 3741, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources -
reverberation rooms.
ISO 3742, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources - Precision methods for discrete- frequenc y and
narrow-band sources in reverbera tion rooms.
l SO 3743, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources - Engineering methods for special reverberation test
rooms.
Determination of Sound power levels of noise sources - Engineering methods for free-field conditions over a
ISO 3744, Acoustics -
re flecting plane.
ISO 3745, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources - Precision methods for anechoic and semi-anechoic
rooms.
ISO 3748, Acoustics - Determination of Sound power levels of noise sources - Engineering method for smald nearly omnidirectional
sources under free-field conditions over a reflecting plane. 1)
Mechanical moun ting of accelerometers. 1)
ISO 5348, Mechanical Vibration and shock -
IEC Publication 225, Octave, half-octave and third-octave band filters intended for the analysis of Sounds and vibrations.
IEC Publication 651, Sound level meters.
3 Def initions
For the purposes of this Technical Report, the following definitions apply.
machine in the frequency range of audible Sound.
31 structure-borne Sound: Vibration transmitted through solid structures of a
lt’is determined either from the vibratory velocity or the vibratory acceleration of the surface of the solid structure.
3.2 machine :
(1) Item of equipment which incorporates a Single noise Source.
(2) Assembly of items of equipment which incorporates several noise sources.
in the direction normal
3.3 vibratory velocity : Component of the ve locity of the vibrating surface to the surface. The root-mean
Square (r.m.s.) value of the vibratory velocity is designated by the Symbol v.
NOTE - The vibratory displacement is the time integral of the Vibrator-y velocity. The r.m.s. displacement for sinusoidal Vibration, S, with frequencyf
is given by the following equation :
V
=-
. . . (1)
s
2nf
The vibratory acceleration is the time derivative of the vibratory velocity. The r.m.s. acceleration for sinusoidal Vibration, a, with frequencyfis given
by the following equation :
. . . (2)
a = 27tfv
1) At present at the Stage of draft.
4
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ISO/TR 7849 : 1987 (EI
. vibratory velocity level, L,: Velocity level, in decibels, given by the following equation :
34
. . .
(3)
v is the r.m.s. value of the vibratory velocity within the frequency band of interest;
v, is the reference velocity 1) and is equal to 5 x 10-8 m/s ( = 50 nm/s).
NOTES
1 For airborne a nd structure-borne Sound, the reference velocity, wo, has the property that the intensity level, the pressure level and the
vibratory veiocity level for a progressive plane wave in air are almost equal n magnitude (se ISO
1683).
2 The determination of the Vibrator-y velocity level, L,, from the vibratory acceleration level, L,, is described in annex F.
radiation factor, t~: Factor expressing the efficiency of Sound radiation and given by the following equation :
35 .
PS
o=-
. . .
(4)
QCSsy2
is the airborne Sound power emitted by the vibrating surface of the machine;
PS
is the characteristic impedance of air,
ec
is the mean density of air,
is the velocity of Sound in air;
c
SS is the area of the vibrating surface (vibrating measurement surface; see 3.8);
v* is the squared r.m.s. value of the Vibrator-y velocity averaged over the area SS.
The three quantities CT, Ps and z relate to the same period of time.
3.6 radiation index: Index defined by the expression IO Ig a.
3.7 airborne Sound power level, LW:
Ten times the logarithm to the base 10 of the ratio of a given Sound power to the reference
Sound power. The width of a restricted frequency band is indicated, e.g. octave-band power level, one-third octave-band power level,
etc. The airborne Sound power Ievel is expressed in decibels (reference Sound power: 1 pW). The airborne Sound power level for a
particular part of the sur-face of the machine, Lws, is given by the following equation :
PS
Lws= 1Olg p . . .
(5)
0
where
is the Sound power radiated by the relevant part of the surface of the machine;
PS
Po is the reference Sound power ( = IO-12 W = 1 pW).
38 vibrating measurement surface : The surface or Parts of the machine on measu rement positions lie;
its area is designated by the Symbol SS.
1) The choice of v0 = IO-9 m/s (as specified in ISO 1683) would result in a vibratory velocity level which is 34 dß higher than the level used in this
Technical Report. In equations (6), (10), (11) and (17) 34 dß shall, therefore, be subtracted from the right-hand side.
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- L
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ISO/TR 7849 : 1987 (E)
3.9 extraneous structure-borne vibratory velocity level: Vibratory velocity level determined when the machine is not working
or caused by other undesired sources. Extraneous structure-borne Sound originates from structures other than the machine under
consideration, e.g. from coupled assemblies.
3.10 spherical Source of zero Order: Sphere vibrating with uniform Phase and the same amplitude over the whole surface.
4 Principle
4.1 General
The method described in this Technical Report is based on the assumption that the airborne Sound power output of a vibrating
surface is directly proportional to the mean-Square vibratory velocity averaged over the vibrating surface and directly proportional to
the area of the vibrating surface.
4.2 Method
Vibratory velocity levels in frequency bands are determined at a specified number of locations on the measurement surface of the
vibrating structure (the Sound Source), using Vibration measurement equipment. The average vibratory velocity level in frequency
bands plus a term for the area of the measurement surface plus a term for the efficiency of Sound radiation of the structure gives the
airborne Sound power level in frequency bands.
Three ways of estimating the radiation factor, 0, and hence the airborne Sound power level are described as follows:
a radiation factor ci = 1 is assumed, an approximate upper limit to the radiated airborne Sound power is obtained. Thus an
a) If
from the A-weighted vibratory velocity level.
limit for the A-weighted a irborne Sound power level tan be estimated
upper
b) If, for a given structure, the Sound radiation model of a spherical Source of zero Order tan be justified (e.g. for compact
machines), the frequency-dependent radiation factor CT tan be obtained from a theoretical curve. By using vibratory velocity levels
determined in frequency bands, airborne Sound power levels in frequency bands tan be determined; from these levels the
A-weighted airborne Sound power levels may be calculated.
c) For more accurate determination, the frequency-dependence of the radiation factor CJ for the structure or family of machines
under test is determined. This also requires the determination of vibratory velocity levels in frequency bands and results in band
Sound power levels and, if required, the A-weighted airborne Sound power level.
5 Measuring instrumentation
5.1 General
In this clause, measuring instrumentation using Vibration pick-ups is described. In most cases it will be convenient to make use of light
accelerometers; however, for special purposes, other kinds of equipment and measuring techniques may be needed (e.g. non-contact
devices, laser-doppler methods).
5.2 Vibration pick-up
The Vibration pick-up tan load the vibrating surface.
For Vibration measurements covering a wide frequency range, piezoelectric accelerometers should be preferred. When selecting an
accelerometer for a particular application, allowance should be made for the Parameters of the transducer and the environmental
conditions in which it is to be used.
Measurements are normally confined to using the linear Portion of the frequency-response curve of the accelerometer which, at the
high frequency end, is limited by the resonance of the transducer. As a rule-of-thumb the upper frequency limit for measurements tan
be set to one-third of the resonance frequency of the accelerometer so that Vibration components measured at this limit will deviate by
no more than 1 dß.
Small, low-mass accelerometers may have high resonance frequencies but in general they have low sensitivity (dynamic range). So a
compromise has to be made because high sensitivity normally entails a large piezoelectric assembly and, consequently, a relatively
large, heavy unit with low resonance frequency.
6
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ISO/TR 7849 : 1987 (EI
The mass of the accelerometer becomes important when measuring on light test objects. To avoid mass-loading errors, the dynamic
mass of the transducer should be much less than the dynamic mass of the structure at the Point of attachment [0,2 es cL h*/fin the
case of a flat plate, see equation (13)l.
5.3 Amplifier and filter
The Signals generated by the Vibration pick-up shall be amplified, filtered and indicated as r.m.s. values. The structure-borne noise
shall be measured with a Sound level meter or an equivalent measurement System complying with the requirements for a type 0 or
type 1 instrument as specified in IEC Publication 651 with the microphone replaced by the Vibration pick-up. The filters shall be in
accordance with IEC Publication 225.
5.4 Integrator
If an integrator to transform acceleration Signals to velocity Signals is used, it shall have characteristics which match the dynamic
range of the measuring System. If this requirements is not satisfied and the Signal to be measured is too low, the vibratory velocity
levels shall be calculated directly from the vibratory acceleration levels (sec annex F).
5.5 Calibration
The entire measuring System shall be calibrated at one or more frequencies before each series of measurements is begun. The peak
value of an acceleration Signal corresponding to an acceleration of 9,81 m/s* may serve as the calibration Signal. In addition, the pick-
up and the electrical measuring instrumentation should be checked as a unit electrically over the entire frequency range of interest at
least every other year.
Example :
If the Vibration pick-up is calibrated by a sinusoidal acceleration Signal, the resulting vibratory velocity level (reference velocityl), v,:
in decibels, is given by the following equation :
5 x IO-8 m/s), L,
L” = 2OIg a . . . (6)
Wf- VOJZ
Hence, for a calibration with a peak acceleration value of &’ = 9,81 m/s* and a frequency, fi of 100 Hz, the vibratory velocity level 1) is
106,9 dB.
6 Description, instailation and operating conditions
6.1 General
In most cases, the emitted Sound power will depend on both the installation and the operating conditions, and general recommenda-
tions on these are given in 6.2 to 6.4. If, however, airborne Sound measurement test Codes for the relevant family of machines exist,
the installation and operating conditions specified in those Codes shall be used.
6.2 Description of the machine
If the machine features auxiliary equipment or components which emit Sound, these should be identified. The items of auxiliary equip-
ment required to be running during the test shall be specified.
Sources of extraneous structure-borne Sound should be identified.
The procedures specified in this Technical Report do not allow the direct measurement of extraneous structure-borne Sound. The use of
NOTE -
correlation measurements or the comparison of Vibration spectra of coupled assemblies may be necessary.
6.3 Installation
The installation and mounting of the machine shall, as far as possible, be that intended for its final application. If the structural sur-
faces of the machine are covered by non-structural materials (e.g. insulation), the Vibration pick-up shall be mounted on a non-
structural surface (sec also annex B).
1) See footnote to 3.4.
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SIST ISO/TR 7849:1997
ISO/TR 7849 : 1987 (EI
6.4 Operating conditions
The machine shall be operated in a manner representative of normal use. One or more of the following operating conditions may be
appropriate (sec also 6.1) :
a) machine under nominal load/nominal operating conditions;
b) machine under full load, if different from a);
c) machine under no load (idling);
d) machine under operating conditions corresponding to maximum Sound radiation representative of normal use;
e) machine under simulated load, operating under precisely defined conditions.
7 Determination of the vibratory velocity on the vibrating measurement surface
7.1 General
The specifications given in 7.2 to 7.8 are of a general nature, but if test Codes for the relevant family of machine exist, the specific
requirements in those Codes shall be used.
NOTE - The accuracy of the measurement results depends to a large extent on the number and distribution of the measurement positions and the
distribution of the vibratory velocity on the vibrating measurement surface.
Where an individual bandwidth contains a Single strong tonal component, the uncertainty of the estimate determined by the method
might be high.
7.2 Vibrating measurement surface
7.2.3 General
Suitable measurement surfaces shall be selected according to the criteria outlined in 7.2.2 to 7.2.4.
NOTE - The results of any preliminan/ investigations (see 7.2.4) and the structures of the radiating areas (e.g. the presence of stiffeners) should be
.
taken into account when selecting the measurement sutface.
7.2.2 Uniformly repeated structures
If the machine possesses uniformly repeated structures and if there are geometrical symmetries and symmetries in the excitation
forces, then, provided that preliminary investigations have proved all elements to be equivalent with respect to the mean vibratory
velocity level in any frequency band, measurements may be carried out on a Single structure.
7.2.3 Uniformly distributed measurement positions
The vibrating measurement surface shall be divided into IV Parts of equal area SsIN. One measurement Position shall be situated in
the centre of each partial surface.
7.2.4 Non-uniformly distributed measurement positions
If Parts of the vibrating measurement surface are known from preliminary investigations to vibrate more intensely than others, the
measurement positions may be distributed more densely over those Parts vibrating more intensely.
In this case, each measurement Position i represents one partial surface Ssi (sec 8.2).
7.3 Number of measurement positions
The initial number of measurement positions on the vibrating measurement surface may be Chosen according to table 1.
- Initial number of measurement positions
Table 1
Area of the vibrating
Number of measurement
measurement surface, Ss
positions
m*
s,< 1
1 < s, < 10
s, > 10
where S, = 1 m*
8
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SIST ISO/TR 7849:1997
ISOITW 7849 : ‘1987 (E)
The number of measurement positions shall be increased if the differente between the highest and lowest vibratory velocity level, in
decibels, in any frequency band is larger than the number of positions given in table 1. Such an increase in the number of measure-
ment positions may, for example, be necessary if a predominant pure tone exists within the relevant bandwidth.
The number of measurement positions shall be progressively dou bled until the mean Vibrator-y velocity level, L, tsee 8.21,
stays
a range of 1 dB.
stant within
7.4 Environmental conditions
The measuring equipment shall be selected according to the environmental condition (sec 5.21, account being taken of the manufac-
turer’s specifications. The influence of any cable (see clause A.2) may be reduced by using pick-ups with integrated impedance
transducers.
7.5 Measurement procedure
For the specified operating conditions, the vibratory velocity level, Ly,
shall be determined at each measurement Position for all
frequency bands within the frequency range of interest. The vibratory velocity level, LI, may be determined from the Vibrator-y
acceleration level, La, in accordance with annex F or from the acceleration Signal by direct integration (sec 5.41, thus avoiding calcu-
lationst). The measurement shall be carried out by using the time-weighting characteristic S (“slow”) of the Sound level meter or by
an integrating Sound level meter.
The measurement time should be Chosen so that it is appropriate for the type of Sound radiated by the structure and the Signal
processing techniques.
For steady Sound, for example, the measurement time should be at least IO s for centre frequencies of 200 Hz and higher. For time-
varying Sound, the measurement time shall be Chosen in such a way that the noise of the machine is measured unambiguously for the
specified operating mode.
If the preliminary investigations have shown that at particular measurement positions the vibratory velocity levels (or acceleration
levels, see annex E) of the extraneous structure-borne Sound are less than 10 dB below the levels of the mach
...
RAPPORT TECHNIQUE 7849
Publié 1987-12-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONoME)I(~YHAPOAHAR OPTAHM3ALlMR fl0 CTAHAAPTL13A~MM.DRGANISATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Acoustique - Estimation du bruit aérien émis par les
machines par mesurage des vibrations
Acoustics - Estimation of airborne noise emitted b y machinery using vibration measurement
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités
membres de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est normalement confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
La tâche princi pale des comités techniques de I’ISO est d’élaborer les Normes internatio nales. Exceptionnellement, un comité
technique peut la publication d’un rapport technique de l’un des types suivants :
proposer
- type 1 : lorsque, en dépit de maints efforts au sein d’un comité technique, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur
de la
publication d’une Norme internationale;
-
type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique et requiert une plus grande expérience;
données de natu re différente de
3 : lorsqu’un comité technique a réuni des celles qui sont normalemen bliées comme
- type t PU
Normes i nternationales (ceci pouvant compren dre des informations sur l’état de la technique, par exemple),
La publication des rapports techniques dépend directement de l’acceptation du Conseil de I’ISO. Les rapports techniques des types 1
et 2 font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard après leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation
en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés avant que les données
fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 7849 a été préparé par le comité technique ISO/TC 43, Acoustique.
Les raisons justifiant la décision de publier le présent document sous forme de rapport technique du type 2 sont exposées dans
l’introduction.
0 Introduction
0.1 Raisons pour la publication sous forme de Rapport technique du type 2
La proposition en vue de l’élaboration d’une Norme internationale sur le mesurage et la caractéristique du bruit émis par la structure
des éléments d’un ensemble de machines a été présentée à la réunion de I’ISO/TC 43 SC/1 en 1979. Un avant-projet a été présenté en
vue de discussion. Toutefois, en 1982 il a été décidé que le texte de cet avant-projet devrait être modifié par suite des commentaires
des comités membres et que le texte modifié devrait être soumis pour acceptation en tant que Rapport technique, étant donné que le
sujet n’a pas été suffisamment approfondi pour pouvoir être publié en tant que Norme internationale. Cette proposition de publier le
présent Rapport technique a été soutenue par la majorité des membres du TC 43, participant à la réunion.
Le présent document est publié sous la forme d’un Rapport technique du type 2 car le sujet abordé ne peut pas encore être traité par
une Norme internationale du fait des lacunes dans la connaissance de certaines caractéristiques de mesurage; par exemple,
l’exactitude de la méthode reste incertaine lorsqu’on l’applique à des ensembles particuliers de machines qui posent les problèmes les
CDU 534.647: 621 Réf. no ISO/TR 7849 : 1987 (F)
Descripteurs : acoustique, vibration, machine, essai, essai acoustique, bruit acoustique, bruit aérien.
@ Organisation internationale de normalisation, 1987
Imprimé en Suisse Prix basé sur 20 pages
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ISO/TR 7849 : 1987 (F)
plus aigus quant au rayonnement acoustique. Le sujet reste à l’étude et le présent Rapport technique peut encourager une étude
approfondie dans ce domaine dont les résultats permettront ultérieurement de donner au présent Rapport technique le statut de
Norme internationale.
0.2 Généralités
La détermination du bruit aérien, rayonné par une machine, par le mesurage des vibrations des surfaces extérieures de cette machine,
présente un intérêt dans les cas suivants:
- lorsq ue le bruit de fond indésirable (par exemple, le bruit produit par d’autres machines ou les sons réfléchis par les parois d’un
local) est important : comparé au bruit émis directement par la machine soumise à l’essai;
-
du bruit d’o rigine aérodynamique (y compris dans le cas où
lorsqu’on doit distinguer le bruit émis une vibration structurale
Par
l’on ne peut recou rir aisément aux nouve Iles techniques de mesurage d’intensité acoustique);
-
lorsque le bruit émis par la structure d ‘une partie seulement de la machi ne ou par u n élément d’un ensemble de machines doit
détermi né en présence de bruit émis par d’autres parties de la source considérée dans son ensemble.
être
technique indique une méthode d’estimation de la puissance acoustique du bruit aérien émis par les machines à
Le présent Rapport
applicable sans g rande d ifficulté :
rtir du mesurage des vibrati ons. Da ns certaines conditions, cette méthode de mesurage est
Pa
si la forme de la surface extérieure de la machine est relativement simple;
-
significative et si la bande de fré-
si les v ,ibrations relevées e n différents points de mesurage ne sont pas corrélées de facon
,
mporte u n nombre important de modes vibratoires.
quences co
Certaines sources bien corrélées de forme simple peuvent également être traitées (vibration d’une source d’ordre zéro, vibration alter-
native). Si ces conditions ne sont pas remplies, certains problèmes se posent, comme décrit en 0.3. Dans ces cas, il n’est pas encore
possible de poser des principes exacts concernant les méthodes de mesurage, mais le présent Rapport technique en propose malgré
tout un certain nombre.
03 . Hypothèses et problèmes relatifs à la détermination de la puissance acoustique à partir de la valeur
quadratique moyenne de la vitesse vibratoire surfacique des machines
0.3.1 La puissance acoustique aé rienne, PS, émise par une machine ou un éq uipement et due à des vibrations structurales de sa
seule surface extérieure, peut être estimée à l’aide de l’équation suivante
= QC v* Ssa
PS
où
est l’impédance caractéristique du fluide,
QC
où
est la masse volumique moyenne du fluide (c’est-à-dire de l’air),
e
c est la célérité du son dans le fluide (c’est-à-dire dans l’air);
V* est la valeur quadratique moyenne de la vitesse vibratoire normale, moyennée sur l’aire de la surface SS;
est l’aire de la surface extérieure définie de la machine;
SS
est le facteur de rayonnement.
Comme l’impédance caractéristique, QC, est une constante, des conditions météorologiques connues, la formule ci-dessus
requiert la détermination des trois facteurs 2, SS
et 0.
0.3.2 La valeur de 2 est calculée à partir des mesurages de la valeur efficace de la composante de la vitesse vibratoire, perpendicu-
laire à la surface extérieure de la machine, en un nombre suffisant de points de mesurage, répartis sur la surface extérieure représenta-
tive de la machine. Le dispositif et le nombre de points de mesurage peuvent être considérés comme suffisants si la valeur de v*
demeure stable, dans les limites de précision de la méthode, en augmentant le nombre et en modifiant la disposition des emplace-
ments de mesurage. Une répartition aléatoire des capteurs de vibration s’avère souhaitable. Des conseils pratiques sont donnés en 7.2
et 7.3.
II peut être souhaitable de fractionner la su t-face extérieu re de la machine pour évaluer la puissance acoustiq ue rayonnée par différents
é Iéments. Cette subdivision implique rayonne de facon indépendante.
chaque zone
que
2
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ISO/TR 7849 : 1987 (F)
La variation spatiale de la vitese vibratoire dépend :
a) du nombre de modes de résonance excités simultanément dans la bande de fréquences;
b) du degré de non-uniformité de la structure (par exemple présence de rigidité, d’orifices et de variations d’épaisseur du matériau);
de la répartition spatiale des forces d’excitation.
cl
La difficulté principale survient quand très peu de modes de résonance sont excités dans une bande de fréquences.
0.3.3 L’aire de la surface extérieure définie d e la machine, SS, peu tê tre calculée aisément si la forme de la surface extérieure de la
machine est simple (par exemple cylindrique, sphérique, ensemble de surfaces planes, etc.
tuyauteries, les châssis, les supports, etc., pose un certain
Le rayonnement des structures raccordées telles que les problème de
éléments grillagés, des su rfaces nervurées ou ajourées et des structures de soutien.
même que le rayonnement des
défini définis de machines en relation avec le facteur de rayon nement applicable (voir la
est recommandé de pour des
types
r SS
Bibliographie N).
0.3.4 Le facteur de rayonnement, o, est fonction des facteurs suivants:
a) Les dimensions de la surface de rayonnement comparée à la longueur d’onde du bruit dans l’air, aux fréquences considérée.
b) La forme de la surface de rayonnement.
c) La distribution des modes dans la bande de fréquences.
La valeur de 0 est déterminée non seulement par la structure mais également par la répartition et le type d’excitation ainsi que par le
facteur de perte interne. Ainsi, pour certains types de machines, 0 peut varier si le champ des forces d’excitation change (par
exemple entre le fonctionnement à vide et le fonctionnement en charge).
Le facteur de rayonnement des modes individuels de certaines structures uniformes idéalisées, telles que les sphères, les surfaces
planes et les cylindres de révolution, est connu. Le facteur de rayonnement modal moyen de telles structures est également connu
sur la base d’une équirépartition de l’énergie par mode. Certains types d’excitation peuvent aboutir à une énergie modale non uni-
forme, par exemple l’excitation aérienne, l’excitation en un point unique, l’excitation impulsionnelle.
d) Les caractéristiques temporelles du processus (stationnaire ou non stationnaire).
Le facteur de rayonnement peut être déterminé comme suit:
a) De facon théorique, comme décrit ci-dessus (voir la (( Bibliographie»).
famille donnée de machines
b) Expérimentalement, à partir des mesurages d’une ou de plusieurs structures représentatives d’une
ou d’équipement.
Cette méthode repose sur l’équation donnée en 0.3.1, écrite comme suit:
PS
=-
0
QC@
où
PS est la puissance acoustique du bruit aérien déterminé soit selon I’ISO 3741, I’ISO 3742, I’ISO 3743, I’ISO 3744, I’ISO 3745
ou I’ISO 3746, soit en recourant au mesurage par l’intensité acoustique;
QC, SS et v2 sont déterminés comme indiqué ci-dessus.
A partir de valeurs estimées de ci en fonction de la fréquence.
cl
rable à celui de
De telles valeurs peuvent être déduites pour des machines Irésentant un comportement a coustique campa sources
P
bruit étudiées selon les méthodes a) et b).
de
‘une source sphérique d’ordre zéro (voir 8 ).3.2) se rapproche, par
Selon certaines études, le facteur de rayonnement 0 (f) d
rayonnement d’un grand nombre de sources de bruit (machines, équipements).
exemple, du facteur de
d’estimer une valeur de la puis-
Une estimation très grossière de 0 est donnée par la valeu ro = l.En généra cette hypothèse permet
sance acoustique rayonnée, PS.
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ISO/TR 7849 : 1987 (F)
1 Objet et domaine d’application
Le présent Rapport technique définit les exigences fondamentales pour des méthodes reproductibles, permettant d’estimer la puis-
sance acoustique émise par les machines ou les équipements, à l’aide de mesurages des vibrations de surface. La méthode s’applique
particulièrement lorsque des mesurages précis et directs du bruit aérien, tels que les spécifient I’ISO 3741, I’ISO 3742, I’ISO 3743,
I’ISO 3744 et I’ISO 3745, ne sont pas possibles du fait du niveau important de bruit de fond ou d’autres effets parasites de I’environne-
ment. Les méthodes ne s’appliquent qu’au bruit émis par les surfaces vibrantes de structures solides et non au bruit d’origine aérody-
namique. La méthode décrite dans le présent Rapport technique s’applique principalement aux processus stationnaires dans le temps.
Des études visant à étendre ces techniques à des processus non stationnaires sont toutefois encouragées.
variation du facteur de rayonnemen t en fonction de la fréq uence.
L’annexe D contient des indications quant a l’estimation de la
E comporte des recommandations à propos du choix des bandes de fréquences.
L’annexe
Le présent Rapport technique spécifie des méthod es permettant d’estimer la puissance acoustique, émise par des éléments distincts
de l’ensemble de la surface vibrante de machines importantes, par des mesurages de vibrations.
2 Références
ISO 1683, Acoustique - Grandeurs normales de référence pour les niveaux acoustique.
acoustique émis par les sources bruit - Méthodes de laboratoire
ISO 3741 , Acoustique - Dé termina tion des niveaux de puissance
en salles réverbérantes pour les sources à large bande.
Méthodes de laboratoire
ISO 3742, Acoustique - Détermination des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de bruit -
en salles réverbérantes pour les sources émettant des fréquences discrètes et des bruits à bandes étroites.
ISO 3743, Acoustique - Dé termina tion des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de bruit - Il& modes d’expertise
pour les salles d’essai réverbéran tes spéciales.
émis par les sources de bruit - Méthodes d’expertise
ISO 3744, Acoustique - Détermination des niveaux de puissance acoustique
champ libre au-dessus d’un plan réfléchissant.
pour les conditions de
bruit - Méthodes de laboratoire
ISO 3745, Acoustique - Détermination des niveaux puissance acoustique émis par les sources
pour les salles anéchoïque et semi-anéchoïque.
Dé termina tion des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de bruit - Méthode d’expertise
ISO 3748, Acoustique -
réfléchissant. 1)
pour de petites sources, presque omnidirectionnelles dans des conditions de champ libre au-dessus d’un plan
Fixation mécanique des accéléromè tres. 1)
ISO 5343, Vibrations et chocs mécaniques -
Publication CEI 225, Filtres de bandes d’octave, de demi-octave et de tiers d’octave destinés à l’analyse des bruits et des vibrations.
Publication CEI 651, Sonomètres.
3 Définitions
Dans le cadre du présent Rapport technique, les définitions suivantes s’appliquent.
audi-
le domaine de fréquences des sons
31 bruit structural: Vibra tions transmises par les structures solides d’une machine, dans
solide.
bics. II est déterminé à partir la surface de la structure
soit de la vitesse vibratoire soit de l’accélération vibratoire, à
. machine :
32
(1) Partie d’un équipement constituant une source unique de bruit.
(2) Ensemble d’éléments d’un équipement constituant plusieurs sources de bruit.
surface vibrante qui est perpendiculaire à la surface. La valeur moyenne
33 vitesse vibrato ire : Composante de la vitesse de la
quadratique (efficace) de I a vitesse vibratoi re est désignée par le symbole v.
NOTE - Le déplacement vibratoire est l’intégrale dans le temps de la vitesse vibratoire. La valeur efficace du déplacement, s, d’une vibration sinusoï-
dale de fréquence f est donnée par l’équation suivante :
V
=-
S . . . (1)
2nf
L’accélération vibratoire est la dérivée dans le temps de la vitesse vibratoire. La valeur efficace de l’accélération, a, d’une vibration sinusoïdale de
fréquence f est donnée par l’équation suivante :
. . .
a = 2nfv (2)
1) Actuellement
au stade de projet.
‘4
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ISO/TR 7849 : 1987 (FI
niveau de vitesse vibratoire, L,: Niveau de vitesse, en décibels, donné par l’équation suivante :
34 .
V2
. . .
L,= lOlgv2 (3)
0
v est la valeur efficace de la vitesse vibratoire dans le domaine de fréquences représentatif;
vo est la vitesse de référence’); vo = 5 x 10 -8 m/s ( = 50 nm/s).
NOTES
En ce qui concerne le bruit aérien et le bruit structurai, la valeur de la vitesse de référence, vo, conduit, pour une onde plane progressive dans l’air, à
des valeurs quasiment équivalentes des niveaux d’intensité, de pression acoustique et de vitesse vibratoire (voir ISO 1683).
2 La détermination du niveau de vitesse vibratoire, L,, à partir du niveau d’accélération vibratoire, L,, est décrite à l’annexe F.
35 . facteur de rayonnement, 0: Facteur exprimant l’efficacité du rayonnement acoustique et donné par l’équation suivante:
PS
=-
a . . .
(4)
QCSs2
est la puissance acoustique du bruit aérien émis par la surface vibrante de la machine;
PS
est l’impédance caractéristique de l’air,
où
est la masse volumique moyenne de l’air,
e
est la célérité du son dans l’air;
C
est l’aire de la surface vibrante (sut-face de mesurage vibratoire; voir 3.8);
SS
2 est la valeur moyenne du carré de la valeur efficace de la vitesse vibratoire sur l’aire SS.
Les trois grandeurs, 0, PS et 2 se rapportent au même intervalle de temps.
indice de rayonnement: Indice défini par l’expression 10 lg 0.
36 .
Dix fois le logarithme décimal du rapport d’une puissance acoustique
37 . niveau de puissance acoustique du bruit aérien, Lw:
donnée à la puissance acoustique de référence. La largeur de la bande de fréquences d’analyse est indiquée, par exemple niveau de
puissance acoustique par bande d’octave, niveau de puissance acoustique par bande de tiers d’octave, etc. Le niveau de puissance
acoustique du bruit aérien est exprimé en décibels (puissance acoustique de référence : 1 pW) I Le niveau de puissance acoustique du
bruit aérien pour une partie de la surface de la machine, Lws, est donné par l’équation suivante:
PS
= 1Olg 7 . . .
(5)
Lws
0
où
est la puissance acoustique émise par la partie étudiée de la surface de la machine;
PS
P, = 10-12 w
= 1 pW est la puissance acoustique de référence.
de la machine où se trouvent les mesurage; son aire est
3.8 surface de mesurage vi bratoire Surface ou
désignée par le symbole SS.
1) Prendre vo = 10-g m/s (comme spécifié dans I’ISO 1683) conduirait à des niveaux de vitesse vibratoire supérieurs de 34 dB aux niveaux utilisés
dans le présent Rapport technique. Dans les équations (6), (lO), (Il ) et (171, il faudrait, en conséquence, soustraire 34 dB aux termes de droite.
5
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ISO/TR 7849 : 1987 (FI
niveau de vitesse vibratoire structurale parasite : Niveau de vitesse vibratoire déterminé lorsque la machine est à l’arrêt ou
39
qui est engendré par d’autres sources indésirables. Le bruit structural parasite provient de structures autres que la machine étudiée,
par exemple d’ensembles couplés.
3.10 source sphérique d’ordre zéro: Sphère vibrant avec une phase uniforme et une même amplitude sur toute la surface.
4 Principe
4.1 Généralités
La méthode décrite dans le présent Rapport technique repose sur l’hypothèse selon laquelle le niveau de puissance acoustique du
bruit aérien émis par une surface vibrante est directement proportionnel à la vitesse vibratoire quadratique moyenne sur la surface
vibrante et est directement proportionnel à l’aire de cette même surface.
4.2 Méthode
On détermine les niveaux de vitesse vibratoire par bande de fréquences en un nombre spécifié de points de mesurage de la surface de
la structure en vibration (la source de bruit) à l’aide d’un dispositif de mesurage des vibrations. Le niveau de puissance acoustique
aérien par bande de fréquences est donné par la somme du niveau de vitesse vibratoire moyenne par bande de fréquences, d’un terme
pour l’aire de la surface de mesurage et d’un terme pour l’efficacité du rayonnement acoustique de la structure.
Trois facons d’estimer le facteur de rayonnement CT et donc le niveau de puissance acoustique du bruit aérien sont décrites, comme
,
suit:
1, on obtient une limite supérieure approximative de la puissance acousti-
a) Si l’on suppose que le facteur de rayonnement 0 =
que du bruit aérien rayonné. On peut alors estimer une limite supérieure du niveau de puissance acoustique pondéré A aérien à
partir du niveau de vitesse vibratoire pondéré A.
b) Si, pour une structure donnée, le modèle de rayonnement acoustique d’une source sphérique d’ordre zéro peut être justifié
(par exemple pour des machines compactes), le facteur de rayonnement 0, en fonction de la fréquence, peut être obtenu à partir
d’une courbe théorique. En utilisant les niveaux de vitesse vibratoire déterminés par bande de fréquences, on peut déterminer les
niveaux de puissance acousfique du bruit aérien par bande de fréquences; à partir de ces niveaux, on peut calculer les niveaux de
puissance acoustique du bruit aérien pondérés A.
c) Pour obtenir une évaluation plus précise, on détermine la variation en fréquence du facteur de rayonnement a pour la structure
ou la famille de machines considérée. Ceci suppose également la détermination des niveaux de vitesse vibratoire par bande de fré-
quences et donne les niveaux de puissance acoustique par bande et, si nécessaire, le niveau de puissance acoustique pondéré A
du bruit aérien.
5 Appareillage de mesurage
5.1 Généralités
Le présent chapitre décrit l’appareillage de mesurage faisant appel à des capteurs de vibrations. Dans la plupart des cas, il sera
pratique d’employer des accéléromètres légers; toutefois, dans des cas particuliers, on peut avoir besoin d’autres types d’appareils et
de techniques de mesurage (par exemple dispositifs sans contact, méthodes laser-doppler).
5.2 Capteur de vibrations
Le capteur de vibrations peut alourdir la surface de mesurage.
Lorsqu’il s’agit de mesurer des vibrations dans une bande de fréquences large, il est préférable de recourir à des accéléromètres piézo-
électriques. Le choix d’un accéléromètre, pour une application donnée, doit tenir compte des paramètres du transducteur et des con-
ditions d’environnement dans lesquelles il doit être utilisé.
Les mesurages sont généralement restreints à la partie linéaire de la courbe de réponse de I’accéléromètre qui, aux fréquences élevées,
est limitée par la résonance du transducteur. On considère empiriquement que la limite supérieure en fréquence, pour les mesurages,
peut être établie au tiers de la fréquence de résonance de I’accéléromètre, de telle sorte que les composantes vibratoires, mesurées
jusqu’à cette limite, soient mesurées avec une incertitude inférieure à 1 dB.
De petits accélérometres de faible masse peuvent présenter des fréquences de résonance élevées mais, en général, leur sensibilité
(dynamique) est faible. II faut donc trouver un compromis, du fait qu’une sensibilité élevée implique généralement un dispositif piézo-
électrique important et par conséquent une unité relativement importante et lourde, présentant une fréquence de résonance basse.
6
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ISO/TR 7849 : 1987 (FI
L’influence de la masse de I’accéléromètre devient importante lors du mesurage d’objets légers. Pour éviter des erreurs dues aux
variations de masse, la masse dynamique du transducteur devrait être bien inférieure à la masse dynamique de la structure au point de
fixation [0,2 QS cL I$/f, dans le cas d’une surface plane, voir équation (1311.
5.3 Amplificateur et filtre
Les signaux de sortie du capteur de vibrations doivent être amplifiés, filtrés et affichés sous la forme de valeurs efficaces. Le bruit
structural doit être mesuré à l’aide d’un sonomètre ou d’un appareillage équivalent conforme aux spécifications de la classe 0 ou 1
selon la Publication CEI 651, le microphone étant remplacé par le capteur de vibrations. Les filtres doivent être conformes à la Publica-
tion CEI 225.
5.4 Intégrateur
Si l’on utilise un intégrateur pour transformer les signaux d’accélération en signaux de vitesse, ses caractéristiques doivent correspon-
dre à la dynamique du système de mesurage. Si cette condition n’est pas remplie et si le signal à mesurer est trop faible, on doit calcu-
ler les niveaux de vitesse vibratoire directement à partir des niveaux d’accélération vibratoire (voir annexe F).
5.5 Étalonnage
L’ensemble du système de mesurage doit être étalonné à une ou plusieurs fréquences avant le début de chaque série de mesurages.
La valeur de crête d’un signal d’accélération, correspondant à une accélération de 9,81 m/s2, peut servir de signal d’étalonnage. II
convient, en outre, de contrôler électriquement au moins tous les deux ans le capteur et les appareils électriques de mesurage, en tant
qu’ensemble, sur tout le domaine de fréquences représentatif.
Exemple :
Si le capteur de vibrations est étal0 Inné à rtir d’un signal d’accélération sinusoi’dal, le niveau tant de la vitesse vibratoi re (vitesse
Pa
1)
de référence vo: 5 x 10-8 m/s) en décibels, est d onné par l’équation suivante :
1 L”’
L, = 2OIg â . . .
(6)
271f LoJ2
Pour un étalonnage sur la base d’une valeur de crête d’accélération â = 9’81 m/s et pour la fréquence, f, de 100 Hz, le niveau de
vitesse vibratoirel) est égal à 106’9 dB.
6 Description, installation et conditions de fonctionnement
6.1 Généralités
Dans la plupart des cas, la puissance acoustique émise dépend à la fois de l’installation et des conditions de fonctionnement. Des
recommandations d’ordre général à ce propos sont données en 6.2 à 6.4. Si, toutefois, des codes d’essai de mesurage du bruit aérien
existent pour la famille de machines étudiée, on doit appliquer les conditions d’installation et de fonctionnement qui y sont spécifiées.
6.2 Description de la machine
émettent du bruit, il convient de les identifier. On doit spé-
Si la machine comporte des équipements auxiliaires ou des composants qui
cifier les appareils auxiliaires qui doivent fonctionner au cours des essais.
Les sources de bruit structural parasite devraient également être identifiées.
NOTE - Les méthodes spéc if iées dans le présent Rapport technique n’autorisent pas le mesurage direct du bruit structura I parasite. II peut s’avérer
nécessaire de
recourir à des mesurages de corrélation ou à la comparaison des spectres vibratoires d’ensembles couplés.
6.3 Installation
L’installation et le montage de la machine doivent autant que possible être représentatifs de l’usage normal. Si les surfaces structura-
les de la machine sont recouvertes de matériaux non structuraux (par exemple matériaux isolants), le capteur de vibrations doit être
placé sur la surface non structurale (voir également l’annexe B).
Voir note de bas de page en 3.4.
1)
7
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ISO/TR 7849 : 1987 (F)
64 . Conditions de fonctionnement
conditions de fonctionne-
La machine doit fonctionner d’une facon représentative de son utilisation normale. Une ou des
ment suivantes peuvent être appropriées (voir également 6.1) :
a) machine sous conditions nominales de charge et de fonctionnement;
b) machine sous pleine charge, si celle-ci diffère de a);
fonctionnement sous aucune charge («à vide »);
cl
machine fonctionnant dans des conditions correspondant à un rayonnement acoustique maximal représentatif de l’usage réel;
dl
machine sous conditions simulées de charge et de fonctionnement, définies avec précision.
e)
Détermination de la vitese vibratoire sur la surface de mesurage
7.1 Généralités
s’il existe bles à la famille de machines
Les spécifications données en 7.2 à 7.8 sont de portée générale, mais des
étudiées, leurs exigences spécifiques doivent être respectées.
La précision nombre et de la réparti tion des emplacemen ts de mesurage ainsi que de la dis-
NOTE - des résultats du mesurage dépend largement du
tribution des vitesses vibratoires sur la surface de mesurage.
Lorsqu’une bande de fréquences contient une seule composante tonale de niveau élevé, il se peut que l’incertitude de l’estimation
faite selon cette méthode soit importante.
7.2 Surface de mesurage vibratoire
7.2.1 Généralités
On doit choisir des surfaces de mesurage adaptées conformément aux critères indiqués en 7.2.2 à 7.2.4.
tes (par exemple, pré-
NOTE II y a lieu de considérer les résultats de toute étude préalable (voir 7.2.4) ainsi que les stru ctures surfaces rayonnan
raidisseurs) avant de choisir la surface de mesurage.
sente de
7.2.2
Structures à éléments uniformément répétés
Si la machine possède des structures constituées d’éléments uniformément répétés et si les formes géométriques et les forces d’exci-
tation présentent des symétries, les mesurages peuvent être effectués sur une structure unique, dès lors que des études préalables ont
démontré l’équivalence de tous les éléments quant au niveau de vitesse vibratoire moyenne dans toute bande de fréquences.
7.2.3 Emplacements de mesurage uniformément répartis
La surface de mesurage vibratoire doit être divisée en Iv parties de même aire, égale à SsIN. Chaque emplacement mesurage doit
être situé au centre de chaque surface partielle.
7.2.4 Emplacements de mesurage répartis de facon non uniforme
a
Si des études préalables ont montré que des parties de la surface de mesurage plus intensément d’autres, les emplace-
ments de mesurage peuvent y être répartis de facon plus dense.
Dans ce cas, chaque emplacement de mesurage i représente une surface partielle Ssi (voir 8.2).
7.3 Nombre d’emplacements de mesurage
Le nombre initial d’emplacements de mesurage sur la surface de mesurage vibratoire peut être choisi d’après le tableau 1.
Tableau 1 - Nombre initial d’emplacements de mesurage
Aire de la surface de
Nombre d’emplacements
mesurage vibratoire, SS
de mesurage
m*
s,< 1 10
1
S
s, > 10
...
RAPPORT TECHNIQUE 7849
Publié 1987-12-15
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATIONoME)I(~YHAPOAHAR OPTAHM3ALlMR fl0 CTAHAAPTL13A~MM.DRGANISATlON INTERNATIONALE DE NORMALISATION
Acoustique - Estimation du bruit aérien émis par les
machines par mesurage des vibrations
Acoustics - Estimation of airborne noise emitted b y machinery using vibration measurement
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes nationaux de normalisation (comités
membres de I’ISO). L’élaboration des Normes internationales est normalement confiée aux comités techniques de I’ISO. Chaque
comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations
internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec I’ISO, participent également aux travaux.
La tâche princi pale des comités techniques de I’ISO est d’élaborer les Normes internatio nales. Exceptionnellement, un comité
technique peut la publication d’un rapport technique de l’un des types suivants :
proposer
- type 1 : lorsque, en dépit de maints efforts au sein d’un comité technique, l’accord requis ne peut être réalisé en faveur
de la
publication d’une Norme internationale;
-
type 2: lorsque le sujet en question est encore en cours de développement technique et requiert une plus grande expérience;
données de natu re différente de
3 : lorsqu’un comité technique a réuni des celles qui sont normalemen bliées comme
- type t PU
Normes i nternationales (ceci pouvant compren dre des informations sur l’état de la technique, par exemple),
La publication des rapports techniques dépend directement de l’acceptation du Conseil de I’ISO. Les rapports techniques des types 1
et 2 font l’objet d’un nouvel examen trois ans au plus tard après leur publication afin de décider éventuellement de leur transformation
en Normes internationales. Les rapports techniques du type 3 ne doivent pas nécessairement être révisés avant que les données
fournies ne soient plus jugées valables ou utiles.
L’ISO/TR 7849 a été préparé par le comité technique ISO/TC 43, Acoustique.
Les raisons justifiant la décision de publier le présent document sous forme de rapport technique du type 2 sont exposées dans
l’introduction.
0 Introduction
0.1 Raisons pour la publication sous forme de Rapport technique du type 2
La proposition en vue de l’élaboration d’une Norme internationale sur le mesurage et la caractéristique du bruit émis par la structure
des éléments d’un ensemble de machines a été présentée à la réunion de I’ISO/TC 43 SC/1 en 1979. Un avant-projet a été présenté en
vue de discussion. Toutefois, en 1982 il a été décidé que le texte de cet avant-projet devrait être modifié par suite des commentaires
des comités membres et que le texte modifié devrait être soumis pour acceptation en tant que Rapport technique, étant donné que le
sujet n’a pas été suffisamment approfondi pour pouvoir être publié en tant que Norme internationale. Cette proposition de publier le
présent Rapport technique a été soutenue par la majorité des membres du TC 43, participant à la réunion.
Le présent document est publié sous la forme d’un Rapport technique du type 2 car le sujet abordé ne peut pas encore être traité par
une Norme internationale du fait des lacunes dans la connaissance de certaines caractéristiques de mesurage; par exemple,
l’exactitude de la méthode reste incertaine lorsqu’on l’applique à des ensembles particuliers de machines qui posent les problèmes les
CDU 534.647: 621 Réf. no ISO/TR 7849 : 1987 (F)
Descripteurs : acoustique, vibration, machine, essai, essai acoustique, bruit acoustique, bruit aérien.
@ Organisation internationale de normalisation, 1987
Imprimé en Suisse Prix basé sur 20 pages
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ISO/TR 7849 : 1987 (F)
plus aigus quant au rayonnement acoustique. Le sujet reste à l’étude et le présent Rapport technique peut encourager une étude
approfondie dans ce domaine dont les résultats permettront ultérieurement de donner au présent Rapport technique le statut de
Norme internationale.
0.2 Généralités
La détermination du bruit aérien, rayonné par une machine, par le mesurage des vibrations des surfaces extérieures de cette machine,
présente un intérêt dans les cas suivants:
- lorsq ue le bruit de fond indésirable (par exemple, le bruit produit par d’autres machines ou les sons réfléchis par les parois d’un
local) est important : comparé au bruit émis directement par la machine soumise à l’essai;
-
du bruit d’o rigine aérodynamique (y compris dans le cas où
lorsqu’on doit distinguer le bruit émis une vibration structurale
Par
l’on ne peut recou rir aisément aux nouve Iles techniques de mesurage d’intensité acoustique);
-
lorsque le bruit émis par la structure d ‘une partie seulement de la machi ne ou par u n élément d’un ensemble de machines doit
détermi né en présence de bruit émis par d’autres parties de la source considérée dans son ensemble.
être
technique indique une méthode d’estimation de la puissance acoustique du bruit aérien émis par les machines à
Le présent Rapport
applicable sans g rande d ifficulté :
rtir du mesurage des vibrati ons. Da ns certaines conditions, cette méthode de mesurage est
Pa
si la forme de la surface extérieure de la machine est relativement simple;
-
significative et si la bande de fré-
si les v ,ibrations relevées e n différents points de mesurage ne sont pas corrélées de facon
,
mporte u n nombre important de modes vibratoires.
quences co
Certaines sources bien corrélées de forme simple peuvent également être traitées (vibration d’une source d’ordre zéro, vibration alter-
native). Si ces conditions ne sont pas remplies, certains problèmes se posent, comme décrit en 0.3. Dans ces cas, il n’est pas encore
possible de poser des principes exacts concernant les méthodes de mesurage, mais le présent Rapport technique en propose malgré
tout un certain nombre.
03 . Hypothèses et problèmes relatifs à la détermination de la puissance acoustique à partir de la valeur
quadratique moyenne de la vitesse vibratoire surfacique des machines
0.3.1 La puissance acoustique aé rienne, PS, émise par une machine ou un éq uipement et due à des vibrations structurales de sa
seule surface extérieure, peut être estimée à l’aide de l’équation suivante
= QC v* Ssa
PS
où
est l’impédance caractéristique du fluide,
QC
où
est la masse volumique moyenne du fluide (c’est-à-dire de l’air),
e
c est la célérité du son dans le fluide (c’est-à-dire dans l’air);
V* est la valeur quadratique moyenne de la vitesse vibratoire normale, moyennée sur l’aire de la surface SS;
est l’aire de la surface extérieure définie de la machine;
SS
est le facteur de rayonnement.
Comme l’impédance caractéristique, QC, est une constante, des conditions météorologiques connues, la formule ci-dessus
requiert la détermination des trois facteurs 2, SS
et 0.
0.3.2 La valeur de 2 est calculée à partir des mesurages de la valeur efficace de la composante de la vitesse vibratoire, perpendicu-
laire à la surface extérieure de la machine, en un nombre suffisant de points de mesurage, répartis sur la surface extérieure représenta-
tive de la machine. Le dispositif et le nombre de points de mesurage peuvent être considérés comme suffisants si la valeur de v*
demeure stable, dans les limites de précision de la méthode, en augmentant le nombre et en modifiant la disposition des emplace-
ments de mesurage. Une répartition aléatoire des capteurs de vibration s’avère souhaitable. Des conseils pratiques sont donnés en 7.2
et 7.3.
II peut être souhaitable de fractionner la su t-face extérieu re de la machine pour évaluer la puissance acoustiq ue rayonnée par différents
é Iéments. Cette subdivision implique rayonne de facon indépendante.
chaque zone
que
2
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ISO/TR 7849 : 1987 (F)
La variation spatiale de la vitese vibratoire dépend :
a) du nombre de modes de résonance excités simultanément dans la bande de fréquences;
b) du degré de non-uniformité de la structure (par exemple présence de rigidité, d’orifices et de variations d’épaisseur du matériau);
de la répartition spatiale des forces d’excitation.
cl
La difficulté principale survient quand très peu de modes de résonance sont excités dans une bande de fréquences.
0.3.3 L’aire de la surface extérieure définie d e la machine, SS, peu tê tre calculée aisément si la forme de la surface extérieure de la
machine est simple (par exemple cylindrique, sphérique, ensemble de surfaces planes, etc.
tuyauteries, les châssis, les supports, etc., pose un certain
Le rayonnement des structures raccordées telles que les problème de
éléments grillagés, des su rfaces nervurées ou ajourées et des structures de soutien.
même que le rayonnement des
défini définis de machines en relation avec le facteur de rayon nement applicable (voir la
est recommandé de pour des
types
r SS
Bibliographie N).
0.3.4 Le facteur de rayonnement, o, est fonction des facteurs suivants:
a) Les dimensions de la surface de rayonnement comparée à la longueur d’onde du bruit dans l’air, aux fréquences considérée.
b) La forme de la surface de rayonnement.
c) La distribution des modes dans la bande de fréquences.
La valeur de 0 est déterminée non seulement par la structure mais également par la répartition et le type d’excitation ainsi que par le
facteur de perte interne. Ainsi, pour certains types de machines, 0 peut varier si le champ des forces d’excitation change (par
exemple entre le fonctionnement à vide et le fonctionnement en charge).
Le facteur de rayonnement des modes individuels de certaines structures uniformes idéalisées, telles que les sphères, les surfaces
planes et les cylindres de révolution, est connu. Le facteur de rayonnement modal moyen de telles structures est également connu
sur la base d’une équirépartition de l’énergie par mode. Certains types d’excitation peuvent aboutir à une énergie modale non uni-
forme, par exemple l’excitation aérienne, l’excitation en un point unique, l’excitation impulsionnelle.
d) Les caractéristiques temporelles du processus (stationnaire ou non stationnaire).
Le facteur de rayonnement peut être déterminé comme suit:
a) De facon théorique, comme décrit ci-dessus (voir la (( Bibliographie»).
famille donnée de machines
b) Expérimentalement, à partir des mesurages d’une ou de plusieurs structures représentatives d’une
ou d’équipement.
Cette méthode repose sur l’équation donnée en 0.3.1, écrite comme suit:
PS
=-
0
QC@
où
PS est la puissance acoustique du bruit aérien déterminé soit selon I’ISO 3741, I’ISO 3742, I’ISO 3743, I’ISO 3744, I’ISO 3745
ou I’ISO 3746, soit en recourant au mesurage par l’intensité acoustique;
QC, SS et v2 sont déterminés comme indiqué ci-dessus.
A partir de valeurs estimées de ci en fonction de la fréquence.
cl
rable à celui de
De telles valeurs peuvent être déduites pour des machines Irésentant un comportement a coustique campa sources
P
bruit étudiées selon les méthodes a) et b).
de
‘une source sphérique d’ordre zéro (voir 8 ).3.2) se rapproche, par
Selon certaines études, le facteur de rayonnement 0 (f) d
rayonnement d’un grand nombre de sources de bruit (machines, équipements).
exemple, du facteur de
d’estimer une valeur de la puis-
Une estimation très grossière de 0 est donnée par la valeu ro = l.En généra cette hypothèse permet
sance acoustique rayonnée, PS.
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ISO/TR 7849 : 1987 (F)
1 Objet et domaine d’application
Le présent Rapport technique définit les exigences fondamentales pour des méthodes reproductibles, permettant d’estimer la puis-
sance acoustique émise par les machines ou les équipements, à l’aide de mesurages des vibrations de surface. La méthode s’applique
particulièrement lorsque des mesurages précis et directs du bruit aérien, tels que les spécifient I’ISO 3741, I’ISO 3742, I’ISO 3743,
I’ISO 3744 et I’ISO 3745, ne sont pas possibles du fait du niveau important de bruit de fond ou d’autres effets parasites de I’environne-
ment. Les méthodes ne s’appliquent qu’au bruit émis par les surfaces vibrantes de structures solides et non au bruit d’origine aérody-
namique. La méthode décrite dans le présent Rapport technique s’applique principalement aux processus stationnaires dans le temps.
Des études visant à étendre ces techniques à des processus non stationnaires sont toutefois encouragées.
variation du facteur de rayonnemen t en fonction de la fréq uence.
L’annexe D contient des indications quant a l’estimation de la
E comporte des recommandations à propos du choix des bandes de fréquences.
L’annexe
Le présent Rapport technique spécifie des méthod es permettant d’estimer la puissance acoustique, émise par des éléments distincts
de l’ensemble de la surface vibrante de machines importantes, par des mesurages de vibrations.
2 Références
ISO 1683, Acoustique - Grandeurs normales de référence pour les niveaux acoustique.
acoustique émis par les sources bruit - Méthodes de laboratoire
ISO 3741 , Acoustique - Dé termina tion des niveaux de puissance
en salles réverbérantes pour les sources à large bande.
Méthodes de laboratoire
ISO 3742, Acoustique - Détermination des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de bruit -
en salles réverbérantes pour les sources émettant des fréquences discrètes et des bruits à bandes étroites.
ISO 3743, Acoustique - Dé termina tion des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de bruit - Il& modes d’expertise
pour les salles d’essai réverbéran tes spéciales.
émis par les sources de bruit - Méthodes d’expertise
ISO 3744, Acoustique - Détermination des niveaux de puissance acoustique
champ libre au-dessus d’un plan réfléchissant.
pour les conditions de
bruit - Méthodes de laboratoire
ISO 3745, Acoustique - Détermination des niveaux puissance acoustique émis par les sources
pour les salles anéchoïque et semi-anéchoïque.
Dé termina tion des niveaux de puissance acoustique émis par les sources de bruit - Méthode d’expertise
ISO 3748, Acoustique -
réfléchissant. 1)
pour de petites sources, presque omnidirectionnelles dans des conditions de champ libre au-dessus d’un plan
Fixation mécanique des accéléromè tres. 1)
ISO 5343, Vibrations et chocs mécaniques -
Publication CEI 225, Filtres de bandes d’octave, de demi-octave et de tiers d’octave destinés à l’analyse des bruits et des vibrations.
Publication CEI 651, Sonomètres.
3 Définitions
Dans le cadre du présent Rapport technique, les définitions suivantes s’appliquent.
audi-
le domaine de fréquences des sons
31 bruit structural: Vibra tions transmises par les structures solides d’une machine, dans
solide.
bics. II est déterminé à partir la surface de la structure
soit de la vitesse vibratoire soit de l’accélération vibratoire, à
. machine :
32
(1) Partie d’un équipement constituant une source unique de bruit.
(2) Ensemble d’éléments d’un équipement constituant plusieurs sources de bruit.
surface vibrante qui est perpendiculaire à la surface. La valeur moyenne
33 vitesse vibrato ire : Composante de la vitesse de la
quadratique (efficace) de I a vitesse vibratoi re est désignée par le symbole v.
NOTE - Le déplacement vibratoire est l’intégrale dans le temps de la vitesse vibratoire. La valeur efficace du déplacement, s, d’une vibration sinusoï-
dale de fréquence f est donnée par l’équation suivante :
V
=-
S . . . (1)
2nf
L’accélération vibratoire est la dérivée dans le temps de la vitesse vibratoire. La valeur efficace de l’accélération, a, d’une vibration sinusoïdale de
fréquence f est donnée par l’équation suivante :
. . .
a = 2nfv (2)
1) Actuellement
au stade de projet.
‘4
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ISO/TR 7849 : 1987 (FI
niveau de vitesse vibratoire, L,: Niveau de vitesse, en décibels, donné par l’équation suivante :
34 .
V2
. . .
L,= lOlgv2 (3)
0
v est la valeur efficace de la vitesse vibratoire dans le domaine de fréquences représentatif;
vo est la vitesse de référence’); vo = 5 x 10 -8 m/s ( = 50 nm/s).
NOTES
En ce qui concerne le bruit aérien et le bruit structurai, la valeur de la vitesse de référence, vo, conduit, pour une onde plane progressive dans l’air, à
des valeurs quasiment équivalentes des niveaux d’intensité, de pression acoustique et de vitesse vibratoire (voir ISO 1683).
2 La détermination du niveau de vitesse vibratoire, L,, à partir du niveau d’accélération vibratoire, L,, est décrite à l’annexe F.
35 . facteur de rayonnement, 0: Facteur exprimant l’efficacité du rayonnement acoustique et donné par l’équation suivante:
PS
=-
a . . .
(4)
QCSs2
est la puissance acoustique du bruit aérien émis par la surface vibrante de la machine;
PS
est l’impédance caractéristique de l’air,
où
est la masse volumique moyenne de l’air,
e
est la célérité du son dans l’air;
C
est l’aire de la surface vibrante (sut-face de mesurage vibratoire; voir 3.8);
SS
2 est la valeur moyenne du carré de la valeur efficace de la vitesse vibratoire sur l’aire SS.
Les trois grandeurs, 0, PS et 2 se rapportent au même intervalle de temps.
indice de rayonnement: Indice défini par l’expression 10 lg 0.
36 .
Dix fois le logarithme décimal du rapport d’une puissance acoustique
37 . niveau de puissance acoustique du bruit aérien, Lw:
donnée à la puissance acoustique de référence. La largeur de la bande de fréquences d’analyse est indiquée, par exemple niveau de
puissance acoustique par bande d’octave, niveau de puissance acoustique par bande de tiers d’octave, etc. Le niveau de puissance
acoustique du bruit aérien est exprimé en décibels (puissance acoustique de référence : 1 pW) I Le niveau de puissance acoustique du
bruit aérien pour une partie de la surface de la machine, Lws, est donné par l’équation suivante:
PS
= 1Olg 7 . . .
(5)
Lws
0
où
est la puissance acoustique émise par la partie étudiée de la surface de la machine;
PS
P, = 10-12 w
= 1 pW est la puissance acoustique de référence.
de la machine où se trouvent les mesurage; son aire est
3.8 surface de mesurage vi bratoire Surface ou
désignée par le symbole SS.
1) Prendre vo = 10-g m/s (comme spécifié dans I’ISO 1683) conduirait à des niveaux de vitesse vibratoire supérieurs de 34 dB aux niveaux utilisés
dans le présent Rapport technique. Dans les équations (6), (lO), (Il ) et (171, il faudrait, en conséquence, soustraire 34 dB aux termes de droite.
5
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ISO/TR 7849 : 1987 (FI
niveau de vitesse vibratoire structurale parasite : Niveau de vitesse vibratoire déterminé lorsque la machine est à l’arrêt ou
39
qui est engendré par d’autres sources indésirables. Le bruit structural parasite provient de structures autres que la machine étudiée,
par exemple d’ensembles couplés.
3.10 source sphérique d’ordre zéro: Sphère vibrant avec une phase uniforme et une même amplitude sur toute la surface.
4 Principe
4.1 Généralités
La méthode décrite dans le présent Rapport technique repose sur l’hypothèse selon laquelle le niveau de puissance acoustique du
bruit aérien émis par une surface vibrante est directement proportionnel à la vitesse vibratoire quadratique moyenne sur la surface
vibrante et est directement proportionnel à l’aire de cette même surface.
4.2 Méthode
On détermine les niveaux de vitesse vibratoire par bande de fréquences en un nombre spécifié de points de mesurage de la surface de
la structure en vibration (la source de bruit) à l’aide d’un dispositif de mesurage des vibrations. Le niveau de puissance acoustique
aérien par bande de fréquences est donné par la somme du niveau de vitesse vibratoire moyenne par bande de fréquences, d’un terme
pour l’aire de la surface de mesurage et d’un terme pour l’efficacité du rayonnement acoustique de la structure.
Trois facons d’estimer le facteur de rayonnement CT et donc le niveau de puissance acoustique du bruit aérien sont décrites, comme
,
suit:
1, on obtient une limite supérieure approximative de la puissance acousti-
a) Si l’on suppose que le facteur de rayonnement 0 =
que du bruit aérien rayonné. On peut alors estimer une limite supérieure du niveau de puissance acoustique pondéré A aérien à
partir du niveau de vitesse vibratoire pondéré A.
b) Si, pour une structure donnée, le modèle de rayonnement acoustique d’une source sphérique d’ordre zéro peut être justifié
(par exemple pour des machines compactes), le facteur de rayonnement 0, en fonction de la fréquence, peut être obtenu à partir
d’une courbe théorique. En utilisant les niveaux de vitesse vibratoire déterminés par bande de fréquences, on peut déterminer les
niveaux de puissance acousfique du bruit aérien par bande de fréquences; à partir de ces niveaux, on peut calculer les niveaux de
puissance acoustique du bruit aérien pondérés A.
c) Pour obtenir une évaluation plus précise, on détermine la variation en fréquence du facteur de rayonnement a pour la structure
ou la famille de machines considérée. Ceci suppose également la détermination des niveaux de vitesse vibratoire par bande de fré-
quences et donne les niveaux de puissance acoustique par bande et, si nécessaire, le niveau de puissance acoustique pondéré A
du bruit aérien.
5 Appareillage de mesurage
5.1 Généralités
Le présent chapitre décrit l’appareillage de mesurage faisant appel à des capteurs de vibrations. Dans la plupart des cas, il sera
pratique d’employer des accéléromètres légers; toutefois, dans des cas particuliers, on peut avoir besoin d’autres types d’appareils et
de techniques de mesurage (par exemple dispositifs sans contact, méthodes laser-doppler).
5.2 Capteur de vibrations
Le capteur de vibrations peut alourdir la surface de mesurage.
Lorsqu’il s’agit de mesurer des vibrations dans une bande de fréquences large, il est préférable de recourir à des accéléromètres piézo-
électriques. Le choix d’un accéléromètre, pour une application donnée, doit tenir compte des paramètres du transducteur et des con-
ditions d’environnement dans lesquelles il doit être utilisé.
Les mesurages sont généralement restreints à la partie linéaire de la courbe de réponse de I’accéléromètre qui, aux fréquences élevées,
est limitée par la résonance du transducteur. On considère empiriquement que la limite supérieure en fréquence, pour les mesurages,
peut être établie au tiers de la fréquence de résonance de I’accéléromètre, de telle sorte que les composantes vibratoires, mesurées
jusqu’à cette limite, soient mesurées avec une incertitude inférieure à 1 dB.
De petits accélérometres de faible masse peuvent présenter des fréquences de résonance élevées mais, en général, leur sensibilité
(dynamique) est faible. II faut donc trouver un compromis, du fait qu’une sensibilité élevée implique généralement un dispositif piézo-
électrique important et par conséquent une unité relativement importante et lourde, présentant une fréquence de résonance basse.
6
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ISO/TR 7849 : 1987 (FI
L’influence de la masse de I’accéléromètre devient importante lors du mesurage d’objets légers. Pour éviter des erreurs dues aux
variations de masse, la masse dynamique du transducteur devrait être bien inférieure à la masse dynamique de la structure au point de
fixation [0,2 QS cL I$/f, dans le cas d’une surface plane, voir équation (1311.
5.3 Amplificateur et filtre
Les signaux de sortie du capteur de vibrations doivent être amplifiés, filtrés et affichés sous la forme de valeurs efficaces. Le bruit
structural doit être mesuré à l’aide d’un sonomètre ou d’un appareillage équivalent conforme aux spécifications de la classe 0 ou 1
selon la Publication CEI 651, le microphone étant remplacé par le capteur de vibrations. Les filtres doivent être conformes à la Publica-
tion CEI 225.
5.4 Intégrateur
Si l’on utilise un intégrateur pour transformer les signaux d’accélération en signaux de vitesse, ses caractéristiques doivent correspon-
dre à la dynamique du système de mesurage. Si cette condition n’est pas remplie et si le signal à mesurer est trop faible, on doit calcu-
ler les niveaux de vitesse vibratoire directement à partir des niveaux d’accélération vibratoire (voir annexe F).
5.5 Étalonnage
L’ensemble du système de mesurage doit être étalonné à une ou plusieurs fréquences avant le début de chaque série de mesurages.
La valeur de crête d’un signal d’accélération, correspondant à une accélération de 9,81 m/s2, peut servir de signal d’étalonnage. II
convient, en outre, de contrôler électriquement au moins tous les deux ans le capteur et les appareils électriques de mesurage, en tant
qu’ensemble, sur tout le domaine de fréquences représentatif.
Exemple :
Si le capteur de vibrations est étal0 Inné à rtir d’un signal d’accélération sinusoi’dal, le niveau tant de la vitesse vibratoi re (vitesse
Pa
1)
de référence vo: 5 x 10-8 m/s) en décibels, est d onné par l’équation suivante :
1 L”’
L, = 2OIg â . . .
(6)
271f LoJ2
Pour un étalonnage sur la base d’une valeur de crête d’accélération â = 9’81 m/s et pour la fréquence, f, de 100 Hz, le niveau de
vitesse vibratoirel) est égal à 106’9 dB.
6 Description, installation et conditions de fonctionnement
6.1 Généralités
Dans la plupart des cas, la puissance acoustique émise dépend à la fois de l’installation et des conditions de fonctionnement. Des
recommandations d’ordre général à ce propos sont données en 6.2 à 6.4. Si, toutefois, des codes d’essai de mesurage du bruit aérien
existent pour la famille de machines étudiée, on doit appliquer les conditions d’installation et de fonctionnement qui y sont spécifiées.
6.2 Description de la machine
émettent du bruit, il convient de les identifier. On doit spé-
Si la machine comporte des équipements auxiliaires ou des composants qui
cifier les appareils auxiliaires qui doivent fonctionner au cours des essais.
Les sources de bruit structural parasite devraient également être identifiées.
NOTE - Les méthodes spéc if iées dans le présent Rapport technique n’autorisent pas le mesurage direct du bruit structura I parasite. II peut s’avérer
nécessaire de
recourir à des mesurages de corrélation ou à la comparaison des spectres vibratoires d’ensembles couplés.
6.3 Installation
L’installation et le montage de la machine doivent autant que possible être représentatifs de l’usage normal. Si les surfaces structura-
les de la machine sont recouvertes de matériaux non structuraux (par exemple matériaux isolants), le capteur de vibrations doit être
placé sur la surface non structurale (voir également l’annexe B).
Voir note de bas de page en 3.4.
1)
7
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ISO/TR 7849 : 1987 (F)
64 . Conditions de fonctionnement
conditions de fonctionne-
La machine doit fonctionner d’une facon représentative de son utilisation normale. Une ou des
ment suivantes peuvent être appropriées (voir également 6.1) :
a) machine sous conditions nominales de charge et de fonctionnement;
b) machine sous pleine charge, si celle-ci diffère de a);
fonctionnement sous aucune charge («à vide »);
cl
machine fonctionnant dans des conditions correspondant à un rayonnement acoustique maximal représentatif de l’usage réel;
dl
machine sous conditions simulées de charge et de fonctionnement, définies avec précision.
e)
Détermination de la vitese vibratoire sur la surface de mesurage
7.1 Généralités
s’il existe bles à la famille de machines
Les spécifications données en 7.2 à 7.8 sont de portée générale, mais des
étudiées, leurs exigences spécifiques doivent être respectées.
La précision nombre et de la réparti tion des emplacemen ts de mesurage ainsi que de la dis-
NOTE - des résultats du mesurage dépend largement du
tribution des vitesses vibratoires sur la surface de mesurage.
Lorsqu’une bande de fréquences contient une seule composante tonale de niveau élevé, il se peut que l’incertitude de l’estimation
faite selon cette méthode soit importante.
7.2 Surface de mesurage vibratoire
7.2.1 Généralités
On doit choisir des surfaces de mesurage adaptées conformément aux critères indiqués en 7.2.2 à 7.2.4.
tes (par exemple, pré-
NOTE II y a lieu de considérer les résultats de toute étude préalable (voir 7.2.4) ainsi que les stru ctures surfaces rayonnan
raidisseurs) avant de choisir la surface de mesurage.
sente de
7.2.2
Structures à éléments uniformément répétés
Si la machine possède des structures constituées d’éléments uniformément répétés et si les formes géométriques et les forces d’exci-
tation présentent des symétries, les mesurages peuvent être effectués sur une structure unique, dès lors que des études préalables ont
démontré l’équivalence de tous les éléments quant au niveau de vitesse vibratoire moyenne dans toute bande de fréquences.
7.2.3 Emplacements de mesurage uniformément répartis
La surface de mesurage vibratoire doit être divisée en Iv parties de même aire, égale à SsIN. Chaque emplacement mesurage doit
être situé au centre de chaque surface partielle.
7.2.4 Emplacements de mesurage répartis de facon non uniforme
a
Si des études préalables ont montré que des parties de la surface de mesurage plus intensément d’autres, les emplace-
ments de mesurage peuvent y être répartis de facon plus dense.
Dans ce cas, chaque emplacement de mesurage i représente une surface partielle Ssi (voir 8.2).
7.3 Nombre d’emplacements de mesurage
Le nombre initial d’emplacements de mesurage sur la surface de mesurage vibratoire peut être choisi d’après le tableau 1.
Tableau 1 - Nombre initial d’emplacements de mesurage
Aire de la surface de
Nombre d’emplacements
mesurage vibratoire, SS
de mesurage
m*
s,< 1 10
1
S
s, > 10
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.