Per assicurare la salute e il comfort degli utenti, per la maggior parte di macchinari e prodotti si deve dichiarare il livello di potenza sonora emessa, as esempio secondo quanto descritto nella Noise and machinery directive of EU (2006/42/EC). Le tipologie di prodotti coinvolte sono svariate e includono ad esempio: giocattoli, stampanti, elettrodomestici e macchinari industriali. La misura di Potenza Sonora è spesso utilizzata anche nella progettazione delle performance acustiche dei componenti in fase di progettazione.

Questa nota descrive come misurare il livello di potenza sonora con la soluzione Dewesoft Sound Power. L'oggetto in fase di test è un computer portatile che verrà misurato secondo quanto prescritto nella norma ISO 3744 in una camera semi-anecoica.

Pressione Sonora vs. Intensità Sonora

Le sorgenti sonore irraggiano una determinata potenza acustica che, nell'ambiente circostante, porta al formarsi di una certa pressione sonora. La pressione sonora è dunque l'effetto immediatamente misurabile ma la potenza sonora è la causa. Al contrario della pressione sonora, la potenza sonora non dipende dalle condizioni ambientali circostanti, dal rumore di fondo o dalla distanza alla quale viene misurata. La potenza sonora è dunque usata per indicare la rumorosità propria di ciascun prodotto.

La potenza sonora è definita come l'energia sonora totale irraggiata da una sorgente sonora e si misura in Watt, solitamente espressi come dB. La potenza sonora di una sorgente (LW) deve essere misurata secondo quanto indicato negli standard internazionali. La potenza sonora è dunque comparabile, consistente ed estremamente utile nella caratterizzazione acustica di tutte le sorgenti sonore. 

Le procedure di prova che regolamentano la misura di potenza sonora del rumore irraggiato da apparecchiature elettroniche per telecomunicazioni (ITT), come i personal computer, sono descritte nella ISO 7779:2019 — Misurazione del rumore aereo emesso dalle apparecchiature informatiche e di telecomunicazione. I costruttori storicamente usano svariate tecniche per la misura a seconda dell'applicazione specifica. Queste diverse tipologie di misura rischiano di rendere complesso il confronto dei risultati. La ISO 7779 semplifica questi confronti e rappresenta lo standard per la dichiarazione del livello di emissione delle apparecchiature ITT.

La ISO 7779:2019 — Misurazione del rumore aereo emesso dalle apparecchiature informatiche e di telecomunicazione — regolamenta dunque le misure sulle apparecchiature informatiche e indica:

  1. per tipologia di prodotto, i metodi di misura per:
    • il livello di potenza sonora media pesata A (LWA,m);
    • il livello di pressione sonora media pesata A (LpA,m);
    • la tolleranza statistica (Kv);
    • il valore statistico superiore di potenza sonora (LWA,c);
  2. come i dati misurati devono essere forniti all'utente finale,
  3. i metodi per la verifica dei valori dichiarati.

Per ridurre la variabilità dei risultati, causa diversi ambienti di prova o inesperienza, le misure di potenza sonora si rifanno a tre norme principali. La ISO 3741 introduce il metodo per comparazione in camera riverberante; le ISO 3744 e ISO 3745 illustrano il metodo di misura in campo libero su piano riflettente. Ognuna di queste tre norme può essere utilizzata per arrivare alla determinazione del valore di potenza sonora seguendo quanto indicato in questo documento.

Il dispositivo in fase di test

E' stato testato un computer portatile, Dell Inspiron 17R, secondo la norma ISO 3744. Secondo questo standard le misure devono essere fatte in una camera di prova speciale che prevenga riflessioni acustiche non volute dato che andrebbero a sommarsi al rumore emesso dall'oggetto in fase di prova; in alternativa le prove possono essere fatte in esterno. In questo caso specifico le prove sono state fatte in una camera semi-anecoica con il computer portatile in tre diverse condizioni d'esercizio:

Inattivo - Sospensione

  • Minimo: il minimo rumore emesso quando il computer è in sospensione (Windows power plan: “Energy Saving”)
  • Medio: il rumore medio emesso quando il computer è in sospensione (Windows power plan: “Energy Saving”)
  • Massimo: il rumore più alto quando il computer è in sospensione (Power Plan: “High Performance”)

In funzione

  • Medio: emissione media quando il computer è sotto stress (3D Mark 2006, Power plan: Power Plan: “High Performance”)
  • Massimo: massima emissione possibile con il computer sottoposto al massimo carico di lavoro (Power Plan: “High Performance”, 100% CPU e GPU  - sono stati utilizzati applicativi come Prime95 e Furmark per sovraccaricare la CPU).

Considerazioni

In una stanza silenziosa l'orecchio umano può percepire un livello di pressione sonora di circa 28dB. Una conversazione ad un volume moderato arriva a circa 60dB. Tutti questi valori dipendono però dalla distanza delle sorgenti di rumore a cui si effettua la misura. In linea generale possono essere fatte le seguenti considerazioni:

  • Sotto 30 dB: appena percettibile.
  • Fino a 35 dB: percettibile ma non fastidioso. E' il livello di rumore corretto per applicativi d'ufficio standard.
  • Fino a 40 dB: il rumore percettibile può diventare fastidioso in caso di esposizione prolungata.
  • Fino a 45 dB: rumore fastidioso nel caso di utilizzo in una camera silenziosa. Ancora accettabile per alcune applicazioni come il gaming.
  • Oltre 50 dB: rumore eccessivo e fastidioso.

Sistema di acquisizione e setup per la misura di potenza sonora

In molte applicazioni, le condizioni di campo libero su superficie riflettente, possono essere replicate in una camera semi-anecoica. Queste stanze sono spesso utilizzate già nella fase di design del prodotto dato che permettono di apprezzare la direzionalità delle sorgenti e di identificare il contributo del rumore dei vari sotto componenti. I setup di misura per camera semi-anecoica o campo aperto su piano riflettente includono:

Sistema di acquisizione: 

  • SIRIUS modular DAQ system - SIRIUSi-HD-16xACC, USB, 16 ch, IEPE/Voltage convertitore 24-bit Sigma-Delta ADC e 200 kS/s di campionamento.

Sensori

Software

  • DEWESoft X3 DSA + Sound Power plugin

Kit semi-sferico 

E' stato utilizzato un supporto G.R.A.S. a calotta sferica per 10 microfoni. La distanza tra la sorgente sonora ed i microfoni era di 1 metro. I supporti microfonici si assemblano semplicemente seguendo le istruzioni fornite nel kit. Nel complesso, sono stati necessari solamente 30 minuti per completare il setup.

Il primo passo prevede di collegare le asticelle metalliche fino a formare la semi-sfera. In seguito, i microfoni sono stati posizionati sugli appositi supporti secondo le posizioni indicate dalla ISO. La calotta permette il montaggio di 10 o 20 microfoni, vanno dunque scelte le posizioni opportune, contrassegnate da colori diversi.

Microfoni

I microfoni sono stati collegati al sistema di acquisizione con cavi da 10 metri per permettere il posizionamento dell'operatore e del pc di controllo all'esterno della camera di prova. Questo è importante per ridurre al minimo il rumore di fondo durante i test. I microfoni utilizzati sono dotati di chip TEDS e dunque il sistema Dewesoft è in grado di leggere autonomamente i valori di sensibilità dei trasduttori una volta collegati.

Il setup del sistema di acquisizione e la campagna di misure hanno richiesto complessivamente circa 10 minuti. Sono state misurate le tre condizioni operative del computer ed ogni misura aveva una durata di 20 secondi (come indicato dallo standard).

Sound power software setup

Col primo menu a tendina si sceglie lo standard da utilizzare (ISO 3744, semisfera). Nella tabella accanto vengono indicate le coordinate per il corretto posizionamento dei 10 microfoni. E' stata misurata la pressione atmosferica e selezionato il metodo per la determinazione della correzione K1, relativa al rumore di fondo.

Misura e visualizzazione dei dati

Il plug-in Sound Power disponibile per il software Dewesoft X consiste in una procedura guidata che conduce l'utente in tutte le fasi della prova. Il primo passo è la misura del rumore di fondo con la sorgente sonora spenta. Poi il computer in fase di test viene acceso e configurato nella modalità “inattivo” o “in uso”, e viene fatta la registrazione. Lo standard indica che la misura debba durare almeno 20 secondi per ogni step. Durante l'acquisizione i tasti verdi nel software permettono lo spostamento da una condizione all'altra e i messaggi di testo evidenziano eventuali notifiche sulla prova o criticità.

Sound power, conclusioni e report

Il risultato finale della prova secondo la ISO 3744 è lo spettro della potenza sonora in bande di frequenza calcolato a partire dal valor medio delle misure di pressione sonora e corretto secondo il valore K1 e considerate le condizioni dell'ambiente di prova.

Il livello di rumore del laptop misurato è stato piuttosto contenuto. In tutte le fasi il rumore è sempre stato percettibile dato che le ventole di raffreddamento non si sono mai fermate tuttavia, nelle condizioni stazionarie, si è registrato un valore di potenza sonora pari a 32 dB(A). Questo si traduce in un buon comfort durante le applicazioni di office automation classiche. In caso di lettura/scrittura su disco il contributo delle testine ha fatto alzare il valore a 37.6 dB(A). Quando sono state richieste le massime prestazioni il Dell Inspiron 17R, ha raggiunto un rumore di 40.4 dB(A) (stress test CPU+GPU-FurMark). Nel caso di utilizzo gaming o eseguendo un benchmark, 3DMark 2006, è stato rilevato un valore di 36.4 dB(A) ma anche in questo caso le ventole lavoravano a regime costante e non causavano disturbo eccessivo.

Weather Sunny
Temperature [°C]: 22
Pressure [kPa]: 1000
Relative humidity [%]: 45
Measurement duration [s]: 20
K1 [dB]: 1.30
K2 [dB]: 0.00

 

Frequency [Hz] Lw (avg) [dBA]
100 11.4
125 6.14
160 4.81
200 7.65
250 11.18
315 15.58
400 20.47
500 26.84
630 30.07
800 29.52
1000 31.89
1250 32.22
1600 31.56
2000 29.73
2500 29.51
3150 27.51
4000 25.69
5000 24.95
6300 23.99
8000 23.28
10000 22.7

Sound power level report

Project number: 000002
Project description: SPL of the laptop with power supply
Date of measurement: 14.7.2015
Company: Dewesoft d.o.o.
Report version: 1.0
Standard: ISO 3744
Location of measurement:  
Responsible person: Dewesoft
Machine type: Laptop
Machine description:  
Length [m]: 0.27
Width [m]: 0.028
Height [m]: 0.41
Fan speed [RPM]: 3963.00
Additional information: The laptop was running under performance test FurMark 1.16.0.0 (same as in Appendix A)
High-precision sound power meter: Dewesoft
Measuring amplifiers: Sirius ACC
Hemisphere: G.R.A.S. (1 m)
Microphones: G.R.A.S.
Data recording and analysis software: DEWESoft X2 SP3
Calibrator: G.R.A.S calibrator
Microphone position: Hemisphere
Radius [m]: 1
The number of microphones: 10
Type of room: Semi-anechoic

Altre informazioni inerenti alle misure di Sound Power con Dewesoft