SIST ISO 15086-1:2002

SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 15086-1:2002
01-julij-2002
)OXLGQDWHKQLND+LGUDYOLND'RORþDQMHYHOLþLQWHNRþLQVNHJDKUXSDYVHVWDYLQDKLQ
VLVWHPLKGHO8YRG
Hydraulic fluid power -- Determination of the fluid-borne noise characteristics of
components and systems -- Part 1: Introduction
Transmissions hydrauliques -- Évaluation des caractéristiques du bruit liquidien des
composants et systèmes -- Partie 1: Introduction
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 15086-1:2001
ICS:
17.140.20 Emisija hrupa naprav in Noise emitted by machines
opreme and equipment
23.100.01 +LGUDYOLþQLVLVWHPLQDVSORãQR Fluid power systems in
general
SIST ISO 15086-1:2002 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.

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SIST ISO 15086-1:2002

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SIST ISO 15086-1:2002

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15086-1
First edition
2001-10-01

Hydraulic fluid power — Determination of
fluid-borne noise characteristics of
components and systems —
Part 1:
Introduction
Transmissions hydrauliques — Évaluation des caractéristiques du bruit
liquidien des composants et systèmes —
Partie 1: Introduction




Reference number
ISO 15086-1:2001(E)
©
ISO 2001

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SIST ISO 15086-1:2002
ISO 15086-1:2001(E)
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SIST ISO 15086-1:2002
ISO 15086-1:2001(E)
Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative reference.1
3 Terms and definitions .1
4 Symbols.3
5 Basic considerations.3
6 Practical aspects.7
Bibliography.11

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SIST ISO 15086-1:2002
ISO 15086-1:2001(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each 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. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 15086 may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard ISO 15086-1 was prepared by Technical Committee ISO/TC 131, Fluid power systems,
Subcommittee SC 8, Product testing.
ISO 15086 consists of the following parts, under the general title Hydraulic fluid power — Determination of fluid-
borne noise characteristics of components and systems:
— Part 1: Introduction
— Part 2: Measurement of the speed of sound in a fluid in a pipe
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SIST ISO 15086-1:2002
ISO 15086-1:2001(E)
Introduction
The airborne noise emitted by hydraulically actuated equipment is the result of simultaneous acoustic radiation
from all mechanical structures comprising the machine. The contribution from individual components generally
forms only a small part of the total acoustic energy radiated. Acoustic intensity measurement techniques have
demonstrated that the pulsating energy in the hydraulic fluid (fluid-borne noise) is the dominant contributor to
machine noise. In order to develop quieter hydraulic machines it is therefore necessary to reduce this hydro-
acoustic energy.
Various approaches have been developed to describe the generation and transmission of fluid-borne noise in
hydraulic systems. Of these, the transfer matrix approach has the merit of providing a good description of the
physical behaviour as well as providing an appropriate basis for the measurement of component characteristics.
© ISO 2001 – All rights reserved v

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SIST ISO 15086-1:2002

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SIST ISO 15086-1:2002
INTERNATIONAL STANDARD ISO 15086-1:2001(E)

Hydraulic fluid power — Determination of fluid-borne noise
characteristics of components and systems —
Part 1:
Introduction
1 Scope
This part of ISO 15086 provides a general introduction to transfer matrix theory, which allows the determination of
the fluid-borne noise characteristics of components and systems. It also provides guidance on practical aspects of
fluid-borne noise characterization.
This part of ISO 15086 is applicable to all types of hydraulic fluid power circuits operating under steady-state
conditions for fluid-borne noise over an appropriate range of frequencies.
2 Normative reference
The following normative document contains provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 15086. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 15086 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative document indicated below. For undated references,
the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain registers of
currently valid International Standards.
ISO 5598, Fluid power systems and components — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 15086, the terms and definitions given in ISO 5598 and the following apply.
3.1
flow ripple
fluctuating component of flow rate in a hydraulic fluid, caused by interaction with a flow ripple source within the
system
3.2
pressure ripple
fluctuating component of pressure in a hydraulic fluid, caused by interaction with a flow ripple source within the
system
3.3
hydraulic noise generator
hydraulic component generating flow ripple and consequently pressure ripple in a circuit, or hydraulic component
generating pressure ripple and consequently flow ripple in the circuit
© ISO 2001 – All rights reserved 1

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SIST ISO 15086-1:2002
ISO 15086-1:2001(E)
3.4
fundamental frequency
lowest frequency of pressure (or flow) ripple considered in a theoretical analysis or measured by the frequency-
analysis instrument
EXAMPLE 1 A hydraulic pump or motor with a shaft frequency of N revolutions per second may be taken to have a
fundamental frequency of N Hz. Alternatively, for a pump or motor with k displacement elements, the fundamental frequency
may be taken to be Nk Hz, provided that the measured behaviour does not deviate significantly from cycle to cycle.
EXAMPLE 2 A digital frequency analyzer has a fundamental frequency defined by the frequency of the first spectral line.
3.5
harmonic
sinusoidal component of the pressure ripple or flow ripple occurring at an integer multiple of the fundamental
frequency.
NOTE A harmonic may be represented by its amplitude and phase or alternatively by its real or imaginary parts.
3.6
impedance
complex ratio of the pressure ripple to the flow ripple occurring at a given point in a hydraulic system and at a given
frequency
NOTE Impedance may be expressed in terms of its amplitude and phase or alternatively by its real and imaginary parts.
3.7
admittance
reciprocal of impedance
3.8
characteristic impedance of a pipeline
impedance of an infinitely long pipeline of constant cross-sectional area
3.9
wavelength
ratio of the speed of sound to the frequency of interest (in hertz)
3.10
anechoic
without reflection
NOTE With reference to a condition in which a travelling wave is propagated but no energy is reflected back in the direction
of propagation.
3.11
hydro-acoustic energy
fluctuating part of the energy in a liquid
3.12
broad-band fluid-borne noise
hydro-acoustic energy distributed over the frequency spectrum
3.13
port-to-port symmetry
property of a two-port component in which the wave propagation characteristics remain the same when its port
connections to the circuit are reversed
2 © ISO 2001 – All rights reserved

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SIST ISO 15086-1:2002
ISO 15086-1:2001(E)
4 Symbols
The following symbols are used in this part of ISO 15086.
A, A¢, A* Complex coefficient
B, B¢, B* Complex coefficient
C¢ Complex coefficient
c Acoustic velocity
d Internal diameter of pipe
f Frequency (hertz)
f Fundamental frequency (hertz)
0
j Complex operator
L Distance along pipe
n Total number of harmonics
P Fourier transform of pressure ripple
p(t) Time-dependent pressure ripple
p Amplitude of i-th harmonic of pressure ripple
i
Q Fourier transform of flow ripple
q(t) Time-dependent flow ripple
q Amplitude of i-th harmonic of flow ripple
i
R Magnitude of harmonic component (pressure or flow ripple, as appropriate)
t Time
e Error in calculation of flow ripple at junction
f
j Phase of i-th harmonic of pressure ripple
i
n Kinematic viscosity
q Phase of harmonic component (pressure or flow ripple, as appropriate)
w Frequency (rads per second)
y Phase of i-th harmonic of flow ripple
i
5 Basic considerations
5.1 General
The time-dependent pressure and flow ripples in a hydraulic system can be described mathematically by a Fourier
series. Figure 1 shows, as an example, a periodic flow ripple signal in the time domain, while Figure 2 shows the
corresponding frequency domain representation. The phase can lie in the range -180° to 180°.
The spectra shown in Figure 2 present the harmonic components in terms of their amplitude and phase. It is also
possible to present these components in terms of their real and imaginary parts. Frequency domain representations
are readily obtained using frequency analysis instrumentation.
For the determination of the fluid-borne noise characteristics of hydraulic components and systems, only periodic
signals are considered.
© ISO 2001 – All rights reserved 3

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SIST ISO 15086-1:2002
ISO 15086-1:2001(E)
5.2 Frequency spectrum representation of pressure ripple
The time-dependent pressure ripple p(t) is closely approximated by a finite sum of pure sinusoidal pressure ripples,
p (t). Each sinusoidal component is described by its amplitude (p ) and phase (j ).
i i i
n
pt = p sin 2iπf t + ϕ (1)
() ( )
ii0
Â
i=1
The time-dependent flow ripple q(t) is also closely approximated by a finite sum of pure sinusoidal flow ripple, q (t).
i
Each sinusoidal component is described by its amplitude (q ) and phase (y ).
i i
n
qt=pq sin 2i f t+y (2)
() ( )
ii0
Â
i=1
At a particular frequency ( f ) which is an integer (m) multi
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 15086-1
Première édition
2001-10-01


Transmissions hydrauliques — Évaluation
des caractéristiques du bruit liquidien des
composants et systèmes —
Partie 1:
Introduction
Hydraulic fluid power — Determination of fluid-borne noise characteristics
of components and systems —
Part 1: Introduction




Numéro de référence
ISO 15086-1:2001(F)
©
ISO 2001

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ISO 15086-1:2001(F)
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Imprimé en Suisse

ii © ISO 2001 – Tous droits réservés

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ISO 15086-1:2001(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application.1
2 Référence normative.1
3 Termes et définitions.1
4 Symboles.3
5 Considérations fondamentales.4
6 Aspects pratiques.8
Bibliographie.11


© ISO 2001 – Tous droits réservés iii

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ISO 15086-1:2001(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'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 l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour
vote. Leur publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l’ISO 15086 peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
La Norme internationale ISO 15086-1 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 131, Transmissions
hydrauliques et pneumatiques, sous-comité SC 8, Essais des produits.
L'ISO 15086 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Transmissions hydrauliques —
Évaluation des caractéristiques du bruit liquidien des composants et systèmes:
— Partie 1: Introduction
— Partie 2: Mesurage de la vitesse du son émis dans un fluide dans une tuyauterie

iv © ISO 2001 – Tous droits réservés

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ISO 15086-1:2001(F)
Introduction
Le bruit aérien émis par des équipements hydrauliques est le résultat du rayonnement acoustique simultané de
toutes les structures mécaniques dont la machine est constituée. La contribution des différents composants est
généralement faible par rapport à l’énergie acoustique totale rayonnée. Des techniques de mesure d’intensité
acoustique ont démontré que l’énergie de pulsation dans le fluide hydraulique (bruit liquidien) constitue la source
principale de l’émission sonore. Il est par conséquent nécessaire de réduire cette énergie hydro-acoustique pour
être en mesure de développer des machines hydrauliques plus silencieuses.
Différentes méthodes ont été élaborées pour décrire la génération et la transmission du bruit liquidien dans les
systèmes hydrauliques. Parmi ces méthodes, la méthode de la matrice de transfert présente l’avantage de fournir
une bonne description du comportement physique ainsi qu’une base adaptée pour la mesure des caractéristiques
du composant.
© ISO 2001 – Tous droits réservés v

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NORME INTERNATIONALE ISO 15086-1:2001(F)

Transmissions hydrauliques — Évaluation des caractéristiques du
bruit liquidien des composants et systèmes —
Partie 1:
Introduction
1 Domaine d'application
La présente partie de l’ISO 15086 fournit une introduction générale à la théorie de la matrice de transfert, qui
permet d’établir les caractéristiques des composants en matière de bruit liquidien. Elle fournit également des
conseils pour ce qui concerne les aspects pratiques de la caractérisation du bruit liquidien.
La présente partie de l'ISO 15086 est applicable à tous les types de circuits hydrauliques qui fonctionnent dans des
conditions de régime permanent, pour des bruits liquidiens s'inscrivant dans une gamme de fréquences
appropriée.
2 Référence normative
Le document normatif suivant contient des dispositions qui par suite de la référence qui y est faite, constituent des
dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 15086. Pour les références datées, les amendements
ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes aux accords
fondés sur la présente partie de l'ISO 15086 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer l’édition la plus
récente du document normatif indiqué ci-après. Pour les références non datées, la dernière édition du document
normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des Normes
internationales en vigueur.
ISO 5598, Transmissions hydrauliques et pneumatiques — Vocabulaire
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 15086, les termes et définitions donnés dans l’ISO 5598 ainsi que
les suivants s'appliquent.
3.1
onde d'écoulement
composant fluctuant de débit dans le fluide hydraulique, provoqué par l'interaction entre l'onde d'écoulement de la
source et le système
3.2
onde de pression
composant fluctuant de pression dans le fluide hydraulique, provoqué par l'interaction entre l'onde d'écoulement de
la source et le système
3.3
générateur de bruit hydraulique
composant hydraulique générant une onde d'écoulement puis une onde de pression dans le circuit, ou composant
hydraulique générant une onde de pression puis une onde d'écoulement dans le circuit
© ISO 2001 – Tous droits réservés 1

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ISO 15086-1:2001(F)
3.4
fréquence fondamentale
fréquence la plus basse d'onde de pression (ou d'onde d'écoulement) considérée dans une analyse théorique ou
mesurée au moyen de l’instrument d’analyse de fréquence
EXEMPLE 1 Une pompe ou un moteur hydraulique dont la fréquence de rotation de l'arbre est de N tr/s peut être
considéré(e) comme ayant une fréquence fondamentale de N Hz. D'autre part, pour une pompe ou un moteur comportant k
éléments de cylindrée, la fréquence fondamentale peut être considérée comme étant de Nk Hz, à condition que le
comportement mesuré ne varie pas de manière significative de cycle en cycle.
EXEMPLE 2 Un analyseur de fréquence numérique a une fréquence fondamentale qui est définie par la fréquence de la
première ligne spectrale.
3.5
harmonique
composant sinusoïdal de l'onde de pression ou de l'onde d'écoulement se produisant à un multiple entier de la
fréquence fondamentale
NOTE Une harmonique peut être représentée par son amplitude et sa phase ou également par ses parties réelles ou ses
parties imaginaires.
3.6
impédance
rapport complexe de l'onde de pression avec l'onde d'écoulement se produisant à un point donné dans un système
hydraulique et à une fréquence donnée
NOTE L'impédance peut être exprimée en termes d'amplitude et de phase ou également en termes de parties réelles et de
parties imaginaires.
3.7
admittance
inverse de l'impédance
3.8
impédance caractéristique d'une tuyauterie
impédance d'une tuyauterie de longueur infinie et de section transversale constante
3.9
longueur d'onde
rapport entre la vitesse du son et la fréquence en question (en hertz)
3.10
anéchoïque
sans réflexion
NOTE Fait référence à une condition dans laquelle une onde progressive se propage sans aucune réflexion de l’énergie
dans la direction de la propagation.
3.11
énergie hydro-acoustique
partie fluctuante de l’énergie dans un liquide
3.12
bruit liquidien à large bande
énergie hydro-acoustique répartie sur tout le spectre de fréquences
3.13
symétrie d'orifice à orifice
propriété d'un composant à deux orifices dans lequel les caractéristiques de propagation des ondes restent
inchangées lorsque les orifices de raccordement au circuit sont inversés
2 © ISO 2001 – Tous droits réservés

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ISO 15086-1:2001(F)
4 Symboles
Les symboles suivants sont utilisés dans la présente partie de l'ISO 15086.
A; A¢; A* coefficient complexe
B; B¢; B* coefficient complexe
C¢ coefficient complexe
c vitesse du son
d diamètre intérieur de la tuyauterie
f fréquence (hertz)
f fréquence fondamentale (hertz)
0
j imaginaire pure
L distance sur une tuyauterie
n nombre total d'harmoniques
P transformée de Fourier de l'onde de pression
p(t) onde de pression en fonction du temps
e
p amplitude de la i harmonique de l'onde de pression
i
Q transformée de Fourier de l'onde d'écoulement
q(t) onde d'écoulement en fonction du temps
e
q amplitude de la i harmonique de l'onde d'écoulement
i
R importance de la composante de l'harmonique (onde de pression ou d'écoulement, selon le cas)
t temps
e erreur de calcul de l'onde d'écoulement à la jonction
f
e
j phase de la i harmonique de l'onde de pression
i
n viscosité cinématique
q phase d’une composante de l'harmonique (onde de pression ou d'écoulement, selon le cas)
w fréquence (radians par seconde)
e
y phase de la i harmonique de l'onde d'écoulement
i
© ISO 2001 – Tous droits réservés 3

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ISO 15086-1:2001(F)
5 Considérations fondamentales
5.1 Généralités
Dans un système hydraulique, les ondes de pression et d'écoulement qui dépendent du temps peuvent être
décrites mathématiquement par une série de Fourier. La Figure 1 illustre un exemple de signal d'onde
d'écoulement périodique dans le domaine temporel, et la Figure 2 représente le domaine fréquentiel
correspondant. La phase peut s'inscrire dans la plage comprise entre - 180° et + 180°.
Le spectre illustré à la Figure 2 représente les composantes harmoniques en termes de leur amplitude et de leur
phase. Il est également possible de représenter ces composants en termes de leurs parties réelles et de leurs
parties imaginaires. Les représentations du domaine fréquentiel sont facilement obtenues en utilisant des
instruments d'analyse de fréquence.
Seuls des signaux périodiques sont considérés pour la détermination des caractéristiques des bruits liquidiens des
composants et des systèmes hydrauliques.
5.2 Représentation du spectre de fréquences de l'onde de pression
Une approximation de l'onde de pression dépendante du temps p(t) est donnée par une somme finie d'ondes de
pression purement sinusoïdales, p (t). Chaque composante sinusoïdale est décrite par son amplitude (p ) et sa
i i
phase (j ).
i
n
pt(=spin2iπf t+ϕ (1)
) ()
ii0
Â
i=1
Une approximation de l'onde d'écoulement dépendante du temps q(t) est également donnée par une somme finie
d'ondes d'écoulement purement sinusoïdales, q (t). Chaque composante sinusoïdale est décrite par son amplitude
i
(q ) et sa phase (y ).
i i
n
qt=sqin2iπf t+y (2)
( ) ()
Âii0
i=1


Figure 1 — Exemple de forme d'onde dans le domaine temporel
4 © ISO 2001 – Tous droits réservés

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ISO 15086-1:2001(F)

a) Spectre d'amplitude


b) Spectre de phase
Figure 2 — Spectre de fréquences correspondant à la Figure 1



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ISO 15086-1:2001(F)
À une fréquence particulière ( f ) qui est un multiple entier (m) de la fréquence fondamentale ( f ) (c'est-à-dire
0
f = mf ), l'onde de pression a une amplitude P et une phase j . L'onde d'écoulement correspondante a une
0 m m
amplitude Q et une phase y .
m m
Il est également possible
...