Bilgiseller / Gemi sistemleri

Suya yayılan gürültü: basınç ölçümü ve desibel yorumu

Hidrofon seviyelerini, bant genişliğini, arka plan düzeltmesini ve kaynak tahminlerini farklı akustik büyüklükleri karıştırmadan okuyun.

Bu sayfada

Gemi gürültüsü ölçümü ancak akustik büyüklük, referans, frekans aralığı, ortalama süresi ve ölçüm geometrisi biliniyorsa anlamlıdır. Sonuna dB eklenmiş tek bir sayı eksiktir. Sualtında alınan ses basıncı, yayılım düzeltmeli kaynak tahmini ve biyolojik ses maruziyeti, sayısal seviyeleri benzer görünse bile farklı şeyleri anlatır.

Hidrofon değişen basıncı ölçer

Akustik basınç, yerel statik basınç çevresindeki değişen bileşendir. Etkin değer p_rms, belirtilen süre boyunca karesi alınmış akustik basıncın zaman ortalamasının kareköküdür. Etkin değer, tepe değer değildir. Çok kısa ve yüksek genlikli olaylar, büyük tepe değerlerini korurken uzun süreye yayılan ortalamada düşük görünebilir.

NPL’nin ses basıncı açıklaması, basınç ile şiddeti ayırır ve sualtındaki basınç referansını 1 μPa olarak belirtir. Ses şiddeti, birim alandan geçen enerji akışıdır; basınçtan hesaplanması ses alanı ve ortam hakkında varsayım gerektirir. Hidrofon, bütün geminin yaydığı akustik gücü doğrudan ölçmez.

Referans sonucun bir parçasıdır

Ses basınç seviyesi L_p = 20 log₁₀[p_rms/(1 μPa)] bağıntısıyla, dB re 1 μPa cinsinden verilir. p_rms = 1,00 Pa için basınç oranı 10⁶ ve L_p = 120,00 dB re 1 μPa olur. Basınç 2,00 Pa değerine iki katına çıkarsa sonuç 240 dB değil, 126,02 dB olur. Artış 20 log₁₀2 = 6,02 dB kadardır.

Aynı ortam ve uyumlu alan varsayımlarında ortalama basınç karesini iki katına çıkarmak yaklaşık 3,01 dB artış verir. Basınç seviyesi değişimi, insanın veya hayvanın algıladığı gürlüğü tek başına belirlemez. Havada yaygın referans 20 μPa değeridir; yalnızca referans farkını çıkarmak, hava ile suyu biyolojik açıdan eşdeğer yapmaz.

Gerilimi bütün ölçüm zincirinden geçirerek dönüştürmek

Hidrofon duyarlılığı, çıkış gerilimini basınca bağlar. Frekansa bağlı kalibrasyon, ön yükselteç kazancı, kayıt cihazı ölçeklemesi ve filtreler dönüşüme birlikte girer. NPL duyarlılık açıklaması, doğrusal duyarlılığı ve geleneksel dB re 1 V/μPa gösterimini anlatır. Negatif duyarlılık seviyesi olağandır; akustik basıncın negatif olması demek değildir.

Seçilen bant boyunca düz kabul edilen örnek duyarlılık 100 μV/Pa olsun. Ek kazançtan önce 200 μV etkin çıkış, 2,00 Pa ve dolayısıyla 126,02 dB re 1 μPa değerine karşılık gelir. Fark edilmeyen on kat gerilim kazancı hesaba katılmazsa çıkarılan basınç on kat, seviye ise 20 dB fazla bulunur.

Spektrum yoğunluğu bant seviyesi değildir

Dar bant spektrumu şaftla ilişkili tonları ayırabilir; kesirli oktav bantları daha geniş frekans bölgelerini özetleyebilir. Basınç spektral yoğunluğunun birimi Pa²/Hz, tümleştirilmiş ortalama basınç karesinin birimi Pa² olur. NPL spektrum kılavuzu, bant genişliği olmadan spektrum ve basınç seviyelerinin neden karşılaştırılamayacağını açıklar.

100 Hz genişlikteki bir bantta düz yoğunluk 0,010 Pa²/Hz olsun. Tümleştirilmiş ortalama basınç karesi 1,00 Pa², ses basınç seviyesi 120,00 dB re 1 μPa olur. Yoğunluk seviyesi ise 100,00 dB re 1 μPa²/Hz değerindedir. Sayısal 20 dB fark, kaynağın değişmesinden değil, 100 Hz boyunca tümleştirmeden gelir.

Arka planın desibelini değil enerjisini çıkarmak

Bir geçişte 120,0 dB re 1 μPa, temsili arka plan kaydında aynı bant ve ortalama düzeni için 114,0 dB ölçülsün. İlişkisiz ve durağan katkılar kabul edilirse kaynağa ait seviye 10 log₁₀(10^(120/10) − 10^(114/10)) = 118,74 dB re 1 μPa olur. 120’den 114 çıkarmak, kaynak seviyesi olarak anlamsız bir 6 dB sonucu verir.

Toplam ve arka plan seviyeleri yaklaştıkça çıkarma işlemi küçük hatalara ve çevresel değişime hassaslaşır. Başka gemi veya güçlü yerleştirme gürültüsüyle kirlenmiş kayıt bu işlemle kurtarılamaz. Düzeltmenin veya reddin uygunluğunu geçerli ölçüm yöntemi belirler; örnek hesabın kendisi kabul payı oluşturmaz.

Alınan seviye ile kaynak seviyesi farklı soruları yanıtlar

Alınan seviye hidrofon konumundaki sesi anlatır. Kaynak tahmini ise tanımlanmış model altında yayılım etkisini düzeltir. NPL kaynak seviyesi açıklaması, büyük ve yakın kaynağı nokta kaynak saymanın geçersiz olabileceğini belirtir. 1 m referanslı eşdeğer seviye, hidrofonun bordadan 1 m uzağa yerleştirildiği anlamına gelmez.

Sınırsız ve kayıpsız ortamda ideal nokta kaynak için küresel yayılma düzeltmesi 20 log₁₀(r/1 m) olur. 500 m uzaklıkta bu değer 53,98 dB’dir. Varsayımsal 120,00 dB alınan seviyeye eklenince 173,98 dB re 1 μPa·m bulunur. Bu, ideal kaynak tahminidir; sığ su deneyi için geçerli bir kestirme yöntem değildir.

Standartlaştırılmış büyüklükler modeli görünür tutar

Yüzey yansıması, deniz tabanıyla etkileşim, ses hızı dağılımı, su derinliği ve kaynak bakış açısı gemi ölçümünü etkiler. ISO 17208-2’nin kamuya açık özeti, derin su ölçümlerinden belirli nominal kaynak derinliğinde ve yalnızca borda yönü için eşdeğer monopol kaynak seviyesi çıkarılmasını tanımlar. Yayımlanan sayılar karşılaştırılırken bu kapsam önemlidir.

Yayılan gürültü seviyesi ve eşdeğer monopol kaynak seviyesi kendi adlarıyla korunmalıdır. Bir geometri için tanımlanan dönüşüm limana doğrudan taşınamaz. Kamuya açık özet standardın kapsamını tanımlar; tam yöntemi yeniden uygulamaya veya standarda uygunluk iddiasına yetecek bilgi sağlamaz.

İz kadar işletme koşulunu da tekrarlamak

Yararlı kayıtlarda şaft devri, gemi hızı, su çekimi, çalışan makine birleşimi, pervane durumu, hidrofon derinliği, en yakın geçiş uzaklığı ve zaman bulunur. Kalibrasyon ilgili frekansları kapsamalıdır. NPL’nin 2014 iyi uygulama kılavuzu, sistem kalibrasyonunu ele alır; ortam sesini cihaz ve yerleştirme kaynaklı öz gürültüden ayırır.

Sonraki geçiş daha sessizken yük veya arka plan da değişmişse neden belirsiz kalır. Tekrarlanabilir geometri ve eşleştirilmiş işletme, yapılan değişikliğin etkisini olağan değişkenlikten ayırmaya yardım eder. Belirsizliği ve geçişler arası dağılımı vermek, yalnızca en düşük sayıyı tutmaktan daha açıklayıcıdır.

Daha sessiz ölçüm, kapsamı belirli bir bulgudur

Birbirinden bağımsız iki eşit 120 dB katkının toplamı 123,01 dB olur; dolayısıyla birini kaldırmak yalnızca 3,01 dB azalma sağlar. Bu enerji hesabı, tek makinedeki iyileşmenin neden toplam gemi seviyesinde sınırlı etki oluşturabileceğini açıklar. Faz ilişkili tonlar için bu basit bağımsız kaynak toplamı yerine fazı dikkate alan işlem gerekir.

IMO’nun gemi gürültüsü açıklaması, ölçümü daha geniş gürültü azaltma yönetimi içinde ele alır. Bir bant, bakış açısı ve işletme koşulundaki azalma o kapsamda raporlanmalıdır. Ekolojik yorum ayrıca maruziyet süresini, konumu, türü ve uygun değerlendirme çerçevesini gerektirir; tek geniş bant sayısı evrensel biyolojik güvenlik sınırı değildir.

Kaynaklar