Измерение уровня звуковой мощности ноутбука

Звуковая мощность vs. акустическое давление

Источники звука, например, оборудование, излучают звуковую мощность, что создает акустическое давление. Акустическое давление представляет собой поддающееся измерению следствие, в то время как звуковая мощность является причиной. В отличие от акустического давления звуковая мощность не зависит от акустики окружения, шум от других источников или особой точки измерения. Звуковая мощность, таким образом, помогает производить количественное измерение шума продукта.

Звуковая мощность определяется как общее количество акустической энергией, излучаемой источником звука за единицу времени, а единицами измерения служат ватты. Звуковая мощность продуктов (LW) подлежит измерению на предмет соответствия международным стандартам и законам. Уровень звуковой мощности является предпочтительным для измерения, поскольку он постоянен, сопоставим и наиболее подходит для управления шумом, поскольку результаты, как правило, представлены в дБ.

Методы измерения шума, передающегося по воздуху, излучаемого ИТ и телекоммуникационным оборудованием, например, ноутбуком, указаны в ISO 7779:2018 «Акустика: измерение шума, передающегося по воздуху, излучаемого ИТ и телекоммуникационным оборудованием». Для утоления потребностей конкретного оборудования или применения производителями и пользователями применялось широкое разнообразие методов. Такое различие методов во многих случаях сделало сравнение количества излучаемого шума затруднительным. Стандарт ISO 7779 упрощает подобные сравнения и служит основой для декларации уровней излучения шума такого ИТТ-оборудования.

Стандарт, используемый для декларации излучения акустического шума ИТ-технологий, — это стандарт ISO 9296:2017 «Акустика: декларация значений шумовых излучений компьютерного и производственного оборудования». Этот стандарт применим к информационным технологиям и телекоммуникационному оборудованию и указывает на:

1. для партии оборудования метод определения значений:

   • средний уровень звуковой мощности по A-взвешиванию, подлежащий декларации (LWA, м);

   • средний уровень акустического давления излучаемого звука по A-взвешиванию, подлежащий декларации (LpA, м);

   • статистический сумматор для проверки (Kv);

   • статистический уровень звуковой мощности на верхней границе по A-взвешиванию (LWA, с);

2. способ подачи акустической информации и информации о продукте пользователям,

3. метод проверки значений излучения шума, которые указываются в декларации.

Во избежание излишних ограничений на существующих предприятиях и нежелательного опыта указываются три базовых стандарта в области излучения шума для определения уровня звуковой мощности. ISO 3741 содержит описание сравнительных измерений в ревербационной тестовой камере. ISO 3744 и ISO 3745 содержат описания измерений в свободном пространстве с отражающей панелью. Можно выбрать любой из трех базовых стандартов в области излучения шума можно и применить его в точности так, как описано в настоящем документе, при определении уровней звуковой мощности оборудования.

Устройство, участвующее в испытании уровня звуковой мощности

Ноутбук (Dell Inspiron 17R) проходил испытания в соответствии с ISO 3744. Данный стандарт предполагает измерения в специальной тестовой камере во избежание нежелательных отражений измеряемого звука и шумообразования тестируемого устройства, или в свободном уличном пространстве, предназначенном для испытаний. В данном случае испытание проводится в полубезэховой камере на ноутбуке в разных режимах работы:

Бездействие — спящий режим

• Минимум: минимальный шум при бездействии ноутбука (режим энергосбережения Windows)

• Сред.: средний шум при бездействии ноутбука (режим энергосбережения)

• Максимум: максимальный шум при бездействии ноутбука (режим высокой производительности)

Работа

• Сред.: средний шум при высоком уровне использования системы компьютера (3D Mark 2006, режим высокой производительности)

• Максимум: максимальный возможный шум при большой загрузке системы (режим высокой произволительности, 100% загрузка ЦП и видеокарты, поскольку тестовые инструменты, например, Prime95 и Furmark, нагружают ЦП).

Особенности

В тихом помещении человеческое ухо может слышать фоновый шум, который должен составлять до 28 дБ. Разговор при нормальной громкости доходит до 60 дБ. Все эти значения зависят от расстояния до источника шума. Таким образом, датчик необходимо закрепить на постоянном расстоянии от объекта испытаний. Измерения приведут к получению ясных и сопоставимых друг с другом результатов.

Измерения представляются в графической форме и могут проходить субъективную оценку:

• Ниже 30 дБ: едва различимый

• До 35 дБ: различимый, но не отвлекающий. Идеальный уровень шума для ноутбука, на котором запущены офисные программы.

• До 40 дб: четко различимый и может стать отвлекающим фактором через какое-то время.

• До 45 дБ: может быть неприятным пользователю, если тот находится в тихом помещении. Приемлимый уровень при игре.

• Свыше 50 дБ: шум выше указанного уровня является слишком высоким для комфортной работы

Сбор данных и настройка параметров для измерения звуковой мощности

Во многих случаях условия свободного пространства с отражающей панелью можно воссоздать в полубезэховой камере. Такие камеры особенно подходят для обнаружения и улучшения отдельных источников шума при разработке продукта. В данном случае настройка параметров измерений вне и внутри полубезэховой камеры включает в себя:

Систему сбора данных

• Модульную систему сбора данных SIRIUS — SIRIUSi-HD-16xACC, на базе USB, 16-канальный датчик вибрации-скорости/напряжения с 24-битным сигма-дельта АЦП и частотой выборки 200 кГц

Датчики

• 10 микрофонов G.R.A.S Type 26CA (масштабирование: -40/-55 мВ/Па)

• набор G.R.A.S. 67HA 1m CCP Hemisphere (диагональ: 2716 мм, высота: 1283 мм)

• 10 BNC-кабелей (10 метров)

ПО

• пакет DEWESoft X2 DSA с плагином Sound Power (звуковая мощность)

Настройка набора Hemisphere (полусфера)

В данном случае используется набор-полусфера от G.R.A.S с 10 микрофонами и радиусом 1,36 метра. Расстояне от источника звка до микрофонов составляет 1 метр. Сетку легко собрать, если следовать приложенному руководству по установке. Все приготовления были завершены в течение приблизительно 30 минут.

Сначала мы собрали и соединили металлические шесты в форме полусферы. На следующем этапе в нужные точки в соответствии со стандартом были установлены микрофоны. Сетка поддерживает 10 или 20 микрофоном, поэтому для крепежа микрофона необходимо выбрать правильное расположение. Положение должно соответствовать стандарту, а в самом наборе расположения для упрощенного обозначения отмечены маленькими шурупами разных цветов.

Микрофоны

10 кабелей BNC длиной 10 метров каждый использовались для связи с измерительным оборудованием за пределами полубезэховой камеры. Такое размещение играет важную роль в сведении фонового шума к минимуму. В микрофоны встроены чипы TEDS, поэтому программа Dewesoft автоматически записала коэффициенты калибровки после подключения.

Весь процесс сбора данных занял приблизительно 10 минут. Мы проводили измерения в трех разных режимах работы ноутбука, минимальное время одного измерения составило 20 секунд (в соответствии со стандартом).

Настройка программы звуковой мощности

Соответствующая настройка была выбрана из раскрывающегося меню (ISO 3744, полусфера). Точное положение (x, y, z) 10 микрофонов, установленных вокруг источника звука в радиусе 1 метра отображается в таблице, а также в виде изображения. Барометрическое давление было измерено и указано, а метод фонового измерения (корректировка K1) был выбран дополнительно.

Экран измерения звуковой мощности и визуализация данных

Плагин для измерения звуковой мощности в программе DewesoftX предлагает инструкции для всех этапов операции. Сначала производится измерение фонового шума при выключенном источнике звука (ноутбуке). Затем ноутбук включают, выбирают режим бездействия или режим активного использования системы и производят измерения. В соответствии со стандартом на каждом этапе сбор данных необходимо осуществлять по меньшей мере в течение 20 секунд. Командная кнопка (зеленая) позволяет осуществлять нужное взаимодействие (измерить фоновый шум, начать сбор данных). Текстовые поля ниже отображают сообщения о состоянии измерений и предупреждения.

Отчет о звуковой мощности и результаты измерений

Конечные результаты измерений в соответствии с ISO 3744 представляют собой уровни звуквовой мощности в частотных полосах в метеорологических условиях, указанных для времени и места испытания, рассчитанных на основе поверхностного, усредненного по времени уровня акустического давления с поправкой на фоновый шум, влияние испытательной среды и площади измерения.

Уровни шума ноутбука 17 дюймов в соответствии с измерениями являются очень хорошими. Шум от ноутбука был различим в любое время из-за постоянной работы вентилятора. Тем не менее, во время бездействия шум был крайне мал (32 дб (А)). В данном случае скорость вентилятора является более-менее постоянной и, как следствие, оборудование подходит для офисной среды. Жесткий диск способен производить некоторые неприятные звуки за счет шума от головок чтения/записи: во время активного использования был записан шум 37.6 дБ (А). При самой высокой производительности ноутбука Dell Inspiron 17R шум повышается до 40.4 дБ (A) (нагрузочные испытания CPU+GPU-FurMark). При запуске игры или 3DMark 2006 измерения подтвердили средний уровень звуковой мощности, равный 36.4 дБ (А). Тем не менее, в данных случаях скорость вентилятора также является постоянной, а раздражающие колебания отсутствуют.

Отчет об уровне звуковой мощности

Дополнительные источники информации об измерении уровня звуковой мощности от Dewesoft

Измерение звуковой мощности

АкустикаРешения для акустических испытаний и измерений