Статья 247. Определение результатов отзыва

Приложение D
(рекомендуемое)

Руководство по применению информации для расчета неопределенности измерения

D.1 Общие положения

Общий формат представления неопределенности измерения установлен Руководством ИСО/МЭК 98-3. Он предполагает составление бюджета неопределенности, в котором идентифицированы основные источники неопределенности и их вклад в суммарную стандартную неопределенность.

Целесообразно разделить все источники неопределенности на две группы:

a) присущие методу измерений;

b) обусловленные нестабильностью излучаемого шума.

В настоящем приложении приведены основанные на современном уровне знаний рекомендации по применению подхода Руководства ИСО/МЭК 98-3 к измерениям, проводимым в соответствии с настоящим стандартом.

D.2 Определение общего стандартного отклонения

Характеристикой неопределенности измерения, проводимого в соответствии с настоящим стандартом, является расширенная неопределенность U, непосредственно получаемая из общего стандартного отклонения [см. формулу (22)], которое рассматривается как аппроксимация стандартной неопределенности .

В свою очередь, определяется двумя разными по своей природе составляющими, и [см. формулу (21)].

Оценки и предполагаются статистически независимыми и определяются по отдельности.

Стандартное отклонение , характеризующее излучение конкретной машины, не может быть рассчитано теоретически и поэтому определяется экспериментально (см. раздел D.3). Составляющая рассматривается в разделе D.4.

D.3 Определение стандартного отклонения

Стандартное отклонение , дБ, (см. 9.2) рассчитывают по формуле

.

(D.1)

где - корректированный на фоновый шум уровень звукового давления, полученный в j-м повторном измерении в заданной точке при заданных условиях установки и работы источника шума, дБ;

- среднее арифметическое по всем повторным измерениям.

Измерения для определения проводят в точке установки микрофона, где уровень звукового давления максимален. Если используют усреднение по всем точкам измерения, то в формуле (D.1) и заменяют на и соответственно.

В общем случае условия установки и работы машины при измерениях значения ее шумовой характеристики определяются испытательным кодом по шуму. При его отсутствии эти условия должны быть точно определены до проведения испытаний и зафиксированы в протоколе испытаний. Ниже приводятся некоторые рекомендации по определению таких условий и их возможному влиянию на .

Условия работы при испытаниях должны соответствовать нормальному применению машины согласно рекомендациям изготовителя и практике пользователя. Однако даже при заданных нормальных условиях работы машины возможны некоторые вариации в режимах работы, обрабатываемом, потребляемом или производимом материале, между различными циклами работы машины и пр. Стандартное отклонение характеризует неопределенность, связанную как с изменчивостью долговременных условий работы (например, день ото дня), так и изменения излучаемого шума после повторной установки и пуска машины.

Если машину в любых условиях ее применения устанавливают на пружинах, или на твердый массивный пол, то условия установки будут слабо влиять на результаты измерений. Однако если при испытаниях машину устанавливают на твердый массивный пол, а в условиях применения используют другую опору, то шум машины, может различаться весьма сильно. Составляющая неопределенности, обусловленная установкой машины, будет наибольшей, если машина соединена со вспомогательным оборудованием. Также эта составляющая неопределенности будет велика в случае ручных машин. Необходимо исследовать, как перемещения машины или ее крепления влияют на ее шум. Если необходимо заявить значение шумовой характеристики машины для разных способов ее установки и крепления, то оценивают по результатам измерений при всех возможных способах установки. Если влияние условий установки машины на ее шум известно, то в испытательном коде по шуму или в методике, применяемой пользователем, должен быть определен рекомендуемый способ установки машины при испытаниях.

С точки зрения важности вклада тех или иных источников неопределенности в исследования для определения имеют большее значение, чем связанные с определением [см. формулу (21)]. Это объясняется тем, что может принимать существенно большие значения, чем, например, стандартное отклонение , которое для технического метода измерения, как это следует из таблицы 2, не превышает 3 дБ.

Если , то проведение измерений с высокой точностью (т.е. с малым ) теряет смысл, поскольку это не способно привести к существенному снижению . Примеры возможных соотношений между и приведены в таблице D.1.

Из этих примеров видно, что при нестабильных условиях установки и работы испытуемой машины излишне прилагать усилия в попытках обеспечить условия технического метода измерений.

Кроме того, в ситуации, когда , у пользователя стандарта возможно формирование неправильного представления об общей неопределенности измерения, если он ориентируется на класс точности измерений, который в настоящем стандарте определяется только значением .

Таблица D.1 - Примеры расчета для разных соотношений между и

Стандартное отклонение воспроизводимости метода , дБ	Общее стандартное отклонение , дБ, для разных условий установки и работы машины, характеризующихся разными значениями , дБ
	Стабильные	Нестабильные	Очень нестабильные
	, дБ
	0,5	2	4
0,5 (точный метод)	0,7	2,1	4,0
1,5 (технический метод)	1,6	2,5	4,3
3 (ориентировочный метод)	3,0	3,6	5,0

D.4 Определение стандартного отклонения

D.4.1 Общие положения

Верхние оценки приведены в таблице 1. Кроме того, в 9.3 приведены рекомендации по проведению исследований для получения более реалистичных оценок для отдельных машин или семейств машин. Такие исследования включают в себя либо проведение измерений в условиях воспроизводимости согласно ИСО 5725, либо расчеты на основании математической модели измерения [см. формулу (24)], требующие привлечения дополнительной информации.

Если некоторые источники неопределенности несущественны для конкретных измерительных задач или трудны для исследования, то в испытательном коде по шуму приводят значение , полученное либо в результате межлабораторных сравнительных испытаний, либо рассчитанное на основе модели, которое не учитывает вариативность этих источников.

Расчет на основе бюджета неопределенности предполагает статистическую независимость отдельных источников неопределенности и, главное, наличие уравнений измерения, используя которые можно было бы оценить вклад этих источников по результатам соответствующих измерений или на основе накопленного практического опыта. На настоящее время, однако, объема накопленной экспериментальной информации, которая могла бы быть использована в целях настоящего стандарта, недостаточно. Тем не менее, ниже приводятся данные, которые нельзя рассматривать как окончательные, но которые могут быть использованы для приближенной оценки вкладов отдельных составляющих неопределенности.

D.4.2 Вклад разных источников в

D.4.2.1 Общие положения

Предварительные исследования показали, что измеряемый корректированный по А уровень звуковой мощности , дБ, может быть представлен следующей зависимостью от влияющих факторов (входных величин)

,

(D.2)

где - входная величина, описывающая влияние применяемого метода измерений, дБ;

- входная величина, описывающая влияние условий установки и работы машины, дБ (эта величина не включена в расчеты );

- средний на измерительной поверхности эквивалентный уровень звука при работающем испытуемом источнике шума, дБ;

S - площадь измерительной поверхности, ;

;

- коррекция на фоновый шум, дБ [см. формулу (12)];

- коррекция на свойства испытательного пространства, дБ (см. приложение А);

- поправка, учитывающая разность опорных значений для определения уровней звукового давления и звуковой мощности, а также изменение звуковой мощности с изменением температуры и давления, дБ;

- входная величина, описывающая влияние применяемых средств измерений, дБ;

- входная величина, описывающая влияние конечного числа точек измерений на измерительной поверхности, дБ;

- входная величина, учитывающая разность направления излучения источника шума и нормали к измерительной поверхности, дБ;

- входная величина, спектральный состав шума и наличие в нем дискретных тонов, дБ.

Примечание 1 - Если измеряемой величиной является уровень звуковой энергии, то для нее модель измерения будет иметь вид, аналогичный (D.2).

Примечание 2 - Входные величины в формуле (D.2), отражают современное представление о факторах, способных оказать влияние на результат измерения уровня звуковой мощности при испытаниях по настоящему стандарту. Дальнейшие исследования могут показать необходимость модификации этой модели.

Каждой входной величине должно быть приписано соответствующее распределение вероятностей (нормальное, прямоугольное, Стьюдента и т.п.). Лучшей оценкой входной величины будет ее математическое ожидание. Стандартное отклонение распределения входной величины характеризует разброс ее возможных значений и принимается за ее стандартную неопределенность.

Составляющая неопределенности, связанная с условиями установки и работы источника шума, уже учтена в . Остальные входные величины в совокупности характеризуются стандартным отклонением .

Информация об ожидаемых значениях стандартных неопределенностей входных величин и соответствующих им коэффициентов чувствительности , необходимых для расчета , дБ, по формуле , приведена в таблице D.2.

Расчет выполнен в предположении, что все входные величины некоррелированны.

Для некоторых входных величин соответствующие стандартные неопределенности должны быть получены в результате дополнительных исследований.

Пример информации, необходимой для расчета суммарной стандартной неопределенности, приведен в таблице D.2 и в D.4.2.2 - D.4.2.11.

Таблица D.2 - Бюджет неопределенности для расчета (для примера измерения корректированного по А уровня звуковой мощности источника шума с относительно "плоским" спектром)

Входная величина (см. D.4.2)	Оценка входной величины(а), дБ	Стандартное отклонение(а) , дБ	Вид распределения	Коэффициент чувствительности(а) ,
	0	0,6	Нормальное	1
	(b)		Нормальное
S			Прямоугольное	8,7/r
	(b)		Нормальное
	(b)		Нормальное	1
		0,3	Треугольное	1
	0	Класс 1: 0,5 Класс 2: 1,0	Нормальное	1
	0		Нормальное	1
	0	Для параллелепипеда: 1,2 Для полусферы: 0,25	Прямоугольное
	0	При наличии слышимых тонов: 3 При их отсутствии: 0	Нормальное	1
(а) См. D.4.2.2 - D.4.2.11. (b) Оценка, полученная в результате измерения данной входной величины.

D.4.2.2 Метод измерения ()

Применение разных методов измерений может приводить к разным результатам измерений. Неопределенность, связанная с применяемым методом измерений, характеризуется смещением результата метода и стандартной неопределенностью оценки этого смещения . В предположении, что все необходимые поправки к измеренному уровню звуковой мощности внесены должным образом, смещение можно оценить только исходя из практического опыта измерений или по результатам межлабораторных испытаний. В случае детально проработанной модели измерения, в которой учтены все основные влияющие величины и для них получены количественные оценки этого влияния, неопределенность, связанная с методом измерения, будет мала. Если же знаний о возможных влияющих величинах недостаточно, имеются трудности в оценке пределов этого влияния или проводить такую оценку нецелесообразно из практических соображений, то данная составляющая неопределенности может стать доминирующей в оценке . Примером может служить применение метода измерений недостаточно квалифицированным или неопытным испытателем.

В предположении, что анализ модели измерения был выполнен правильно и в полном объеме, в качестве ориентировочной оценки можно принять = 0,6 дБ.

Смещение, обусловленное методом измерения, непосредственно входит в оценку измеряемой величины, поэтому коэффициент чувствительности = 1. Вклад данного источника в суммарную стандартную неопределенность будет составлять 0,6 дБ.

D.4.2.3 Изменения звукового поля во время испытаний ()

При применении настоящего стандарта обычно выполняют однократное измерение среднего по измерительной поверхности эквивалентного уровня звукового давления испытуемого источника, и результат измерения считают удовлетворительной оценкой этой величины. Повторные измерения в условиях повторяемости (одним микрофоном в одной точке измерений, одним испытателем, одними средствами измерений, но с их повторным включением и настройкой перед каждым измерением) позволяют получить выборочное стандартное распределение , которое может рассматриваться в качестве оценки стандартной неопределенности u(), дБ, и рассчитывается по формуле

,

где - некорректированный на фоновой шум результат j-го повторного измерения в заданной точке эквивалентного уровня звукового давления в заданных условиях установки и работы испытуемого источника, дБ;

- арифметическое среднее по всем , дБ;

N - число повторных измерений, которое должно быть не менее шести.

Стандартное отклонение повторяемости может сильно зависеть от выбранной продолжительности измерений.

Коэффициент чувствительности с() представляет собой производную функции измерения по [см. формулу (D.2)] и зависит от уровня фонового шума. Вычисление производной после подстановки выражения для дает c( ) = .

Для наихудшего случая, когда уровень шума совпадает с предельно допустимым значением (см. D.4.2.5), c() = 2. При этом только за счет флуктуации фонового шума u( ) будет не менее 1,5 дБ. Таким образом, вклад данного источника неопределенности c () u() в суммарную неопределенность составит 3 дБ. Если к тому же продолжительность измерений Т не позволяет охватить достаточное число циклов работы машины, то суммарная стандартная неопределенность может стать недопустимо большой для ориентировочного метода измерений. В случае малошумного испытуемого источника меры по снижению уровня фонового шума способны привести к снижению значения с() максимум вдвое. Стандартную неопределенность u() можно уменьшить за счет строгого контроля условий работы машины, увеличения продолжительности измерений или путем усреднения по многократным измерениям, выполненным в разных условиях, характерных для типичного применения машины. Уменьшить вклад данного источника можно также за счет увеличения числа точек измерений или увеличения измерительного расстояния (радиуса). В типичных измерениях вклад c() u() в суммарную стандартную неопределенность обычно не превышает 1,5 дБ.

D.4.2.4 Измерительная поверхность (S)

Для полусферической измерительной поверхности площадью неопределенность, связанная с определением площади S, связана с неопределенностью величины r, т.е. с неопределенностью положений микрофонов на измерительной поверхности. В предположении, что значение измерительного радиуса находится в интервале , а соответствующая данной входной величине случайная величина имеет прямоугольное распределение внутри данного интервала, стандартное отклонение будет равно .

Аналогично для измерительной поверхности в виде параллелепипеда с измерительным расстоянием d в предположении равномерного распределения в пределах интервала получим .

Коэффициент чувствительности вычисляется как производная по r, что дает = 8,7/r для полусферической измерительной поверхности (и, соответственно, = 8,7/d для измерительной поверхности в виде параллелепипеда).

Обычно при тщательном контроле мест установки микрофонов можно добиться, чтобы вклад данной составляющей неопределенности не превышал 0,1 дБ.

D.4.2.5 Коррекция на фоновый шум ()

Оценку получают по результатам измерений эквивалентных уровней звукового давления испытуемого источника шума и фонового шума. Стандартная неопределенность u(), дБ, связанная с коррекцией на фоновый шум , может быть выражена через выборочное стандартное отклонение по серии повторных измерений (число которых в данном примере равно шести) разности в одной точке измерений (точке установки микрофона) на измерительной поверхности.

Поскольку неопределенность, связанная с зависимостью от уже учтена в D.4.2.3, коэффициент чувствительности с() получают, взяв производную функции измерения по , что дает (без учета знака)

.

В рассматриваемом примере u() предполагается равным 3 дБ. В худшем случае допускаемом настоящим стандартом, разность равна 3 дБ, что дает значение коэффициента чувствительности с() = 1 и вклад с() u() в суммарную стандартную неопределенность, равный 3,0 дБ. В большинстве измерительные ситуаций за счет обеспечения низкого уровня фонового шума данный вклад может быть уменьшен и составлять менее 1,5 дБ. Уменьшение флуктуации фонового шума уменьшает вклад данной составляющей неопределенности. Кроме того, можно ожидать, что u() снизится примерно вдвое, если вчетверо увеличить временной интервал усреднения Т. Существенного снижения коэффициента чувствительности можно добиться за счет уменьшения фонового шума посредством выявления его источников с последующим принятием мер по их звукоизоляции или звукопоглощению. Такие меры могут включать в себя устройство надлежащего заземления, изоляцию проводов, виброизоляцию, использование дополнительных масс и дополнительных поглощающих материалов и т.д. Отношение уровня звукового давления фонового шума к уровню звукового давления шума испытуемого источника уменьшается на 3 дБ при уменьшении площади измерительной поверхности вдвое.

D.4.2.6 Коррекция на свойства испытательного пространства ()

Оценку коррекции на свойства испытательного пространства получают в соответствии с приложением А. Практический опыт показывает, что расчетному значению коррекции на свойства испытательного пространства , дБ, можно поставить в соответствие стандартную неопределенность u(), дБ, приближенно определяемую по формуле u() = . Например при = 7 дБ, u() = 1,8 дБ.

Коэффициент чувствительности для данного фактора с() равен единице.

В худшем случае = 7 дБ, u() = 1,8 дБ и с() u() = 1,8 дБ. Обычно значения коррекции имеют меньшие значения, и вклад данной составляющей неопределенности не превышает 1,2 дБ. Вклад этой составляющей можно уменьшить, уменьшая измерительное расстояние (радиус), увеличивая звукопоглощение в испытательном помещении, проводя испытания в помещении с открытыми окнами и дверями или на открытом воздухе (в последнем случае данная составляющая неопределенности может быть пренебрежимо мала). Если значение Код может быть снижено до 4 дБ и менее, то рекомендуется рассмотреть возможность повысить класс точности измерений.

D.4.2.7 Поправки на атмосферные условия ()

Если измерения проводят на большой высоте, то это приводит к заниженным оценкам уровня звукового давления по сравнению с теми, что получены при измерениях на уровне моря. Указанное смещение приблизительно равно , где - высота места измерения, м. При измерениях на уровне ниже 1500 м поправку на атмосферные условия обычно не учитывают, и связанная с этим неопределенность обычно мала (в предположении треугольного распределения значения соответствующая стандартная неопределенность будет 0,6 дБ). При проведении измерений на высоте свыше 1500 м рекомендуется учитывать поправку на атмосферные условия в соответствии с ИСО 3744.

D.4.2.8 Инструментальная неопределенность ()

Оценка входной величины, связанной с инструментальной неопределенностью, равна нулю, а соответствующий коэффициент чувствительности - единице. Стандартная неопределенность , обусловленная отклонением действительных метрологических характеристик шумомера от их номинальных значений, зависит от класса шумомера по МЭК 61672-1, а также от частотного состава и других свойств измеряемого шума. Для шумомеров, калиброванных на средних частотах, при условии, что шум имеет широкополосный характер и близок к стационарному, можно принять = 0,5 дБ при использовании шумомеров класса 1 и = 1 дБ при использовании шумомеров класса 2. Факторы, влияющие на инструментальную неопределенность при применении шумомеров, подробно рассматриваются в МЭК 61672-1.

D.4.2.9 Неравномерность распределения уровня звукового давления по измерительной поверхности ()

Стандартную неопределенность , связанную с конечным числом точек измерений на измерительной поверхности, можно оценить по формуле

,

- число точек измерений на измерительной поверхности;

- среднее арифметическое результатов измерений , дБ.

Коэффициент чувствительности для данного фактора равен единице.

В качестве наихудшего случая можно рассматривать ситуацию, когда разброс результатов измерений по измерительной поверхности составляет 10 дБ, показатель направленности источника равен 5 дБ и более, и измерения проводятся на открытом воздухе. В этом случае = 2,5 дБ. Если звуковое поле является отчасти реверберационным, то разброс результатов измерений будет меньше, и в качестве более типичного значения можно взять = 1,4 дБ.

Уменьшить вклад данной составляющей неопределенности можно, увеличивая число точек измерений или увеличивая измерительное расстояние.

D.4.2.10 Отклонение угла падения звуковой волны от нормали к измерительной поверхности ()

Использование звукового давления для аппроксимации интенсивности звука в принципе ведет к завышенным оценкам уровня звуковой мощности. Смещение оценки зависит от свойств звукового поля, создаваемого источником шума, его направленности и измерительного расстояния. Привести какие-либо общие соотношения для получения оценки смещения или связанной с ней стандартной неопределенности не представляется возможным. Такие оценки рекомендуется получать на основе экспериментальных исследований для разных источников шума сопоставлением разных методов измерений (например, звукового давления и интенсивности звука).

В случае полусферической измерительной поверхности в свободном звуковом поле над звукоотражающей плоскостью типичным значением стандартной неопределенности будет = 0,25 дБ, а в случае измерительной поверхности в виде параллелепипеда - = 1,25 дБ.

Примечание - На высоких частотах смещение, связанное с отклонением угла падения звуковой волны, может быть компенсировано направленностью микрофона.

Смещение определяется только прямой звуковой волной, распространяющейся от источника шума, поэтому соответствующий коэффициент чувствительности имеет вид . Наихудший случай имеет место, когда измерительная поверхность имеет вид параллелепипеда, а измерения проводят на открытом воздухе. В этом случае вклад данной составляющей неопределенности может составить 1,2 дБ. При = 5 дБ коэффициент чувствительности = 0,3 дБ, и вклад данной составляющей неопределенности уменьшается до 0,4 дБ. Для измерительной поверхности данного вида значение будет тем меньше, чем больше . Уменьшить его можно также за счет увеличения измерительного расстояния d. Для больших значений d и полусферической измерительной поверхности этот вклад может быть уменьшен до 0,25 дБ и менее.

D.4.2.11 Спектральный состав шума ()

Если в шуме испытуемого источника присутствуют слышимые тоны, то ограниченное число точек измерений на измерительной поверхности может привести к смещению результата измерений, связанному с интерференционными эффектами. Опыт показывает, что в таких случаях соответствующая стандартная неопределенность может быть принята равной 3 дБ. Если в шуме источника слышимые тоны отсутствуют или когда измерения проводят с использованием большого числа микрофонов, может быть принята равной 0 дБ. Коэффициент чувствительности равен единице. При наличии тонов вклад соответствующей составляющей неопределенности может быть уменьшен за счет увеличения точек измерений.

D.4.2.12 Типичные значения

С учетом изложенного в D.4.2.2 - D.4.2.11 и формулы (D.2) можно получить следующую оценку типичного значения , дБ

.

D.5 Суммарная стандартная неопределенность

В случае незначительной корреляции между входными величинами суммарную стандартную неопределенность , дБ, для уровня звуковой мощности , дБ, рассчитывают по формуле

.

(D.3)

D.6 Использование результатов измерений в условиях воспроизводимости

При отсутствии информации о составляющих неопределенности и возможных корреляциях между входными величинами в качестве суммарной стандартной неопределенности может быть использовано стандартное отклонение воспроизводимости (см. раздел 9). Для получения расширенной неопределенности U выбирают значение коэффициента охвата . По умолчанию интервал охвата определяют для вероятности охвата 95%. Тогда в предположении нормального распределения случайной величины, ассоциированной с измеряемой величиной , значение коэффициента охвата будет = 2. Чтобы избежать неправильного толкования, вместе с расширенной неопределенностью в протоколе испытаний следует указывать примененное значение вероятности охвата.