縫制設備的噪聲測試方法及評價標準

 摘 要：文章通過對縫制設備噪聲測試方法的研究，介紹了ISO 10821標準與行業(yè)標準在方法及評價標準上的差異，并以聲功率級的測試結果進行分析對比，以探討如何建立更科學、合理的噪聲評價體系。

1 引言

聲音來源于振動，發(fā)聲體的機械振動在彈性媒質(zhì)（空氣）中傳播形成了聲波。

凡引起人煩躁或音量過強而危害人體健康的聲音被稱為噪聲。從環(huán)保的角度出發(fā)，凡是影響人們正常學習、工作和休息的聲音或人們在某些場合“不需要的聲音”，都統(tǒng)稱為噪聲。

縫制設備在運轉(zhuǎn)時，部件間的摩擦、撞擊或非平衡力，使機械部件和殼體產(chǎn)生振動而輻射噪聲，并幾乎包含了機械噪聲聲源的所有三種類型。

1.1 機械性噪聲：

由機件撞擊、固體振動產(chǎn)生，如齒輪、軸承和殼體等振動產(chǎn)生的噪聲。

1.2 空氣動力性噪聲：

由氣體振動產(chǎn)生，如壓縮空氣、氣缸運動等產(chǎn)生的噪聲。

1.3 電磁性噪聲：

由電磁振動產(chǎn)生，如電動機產(chǎn)生的噪聲。

噪聲是評價縫制設備質(zhì)量的重要指標之一，綜合體現(xiàn)了產(chǎn)品的設計和制造水平。過大的機械噪聲不僅容易使縫紉工產(chǎn)生疲勞，危害生理和心理健康，還直接導致產(chǎn)品的磨損加速、縮短其使用壽命。

隨著世界各國環(huán)境保護及對勞動者人性化關懷的理念日益深入人心，對縫制設備的操作舒適性和噪聲控制的要求越來越嚴格。選擇更加科學、合理的噪聲測試方法及評價標準，對于縫制設備產(chǎn)品質(zhì)量的提升顯得尤為重要。

2 我國縫制設備噪聲測試方法的演變歷程

我國縫制設備的噪聲測試起始于1961年，國家輕工業(yè)部發(fā)布了部標準QB156-61《JA、JB型家用縫紉機》，*次引進了“運轉(zhuǎn)聲響”的要求。當時可能受到測試技術和儀器設備的限制，選用“毫伏”作為質(zhì)量指標，測試采用一種用于廣播、擴音系統(tǒng)的動圈式傳聲器，將聲壓轉(zhuǎn)換為電信號，以毫伏計測試其輸出信號的強弱。

這是一種間接的模擬測試方法，用“毫伏”作為噪聲評價指標，無法溯源到國家計量基準。當時作為噪聲測試比對的基準，僅為原上海協(xié)昌縫紉機廠收藏的一臺日本原產(chǎn)“兄弟”牌家用縫紉機。用樣機作為標準聲源，其測量不確定度可想而知。

由于人耳對聲音強弱的感覺，不僅與聲壓有關，而且與頻率有關。而“毫伏”作為電壓的計量單位，無法對被測聲源進行頻率計權，不能較好地反映人對噪聲的主觀感覺，也不能與行業(yè)外進行交流對比，這種測試方法在行業(yè)內(nèi)一直飽受爭議。

1980年，家用縫紉機的噪聲測試改用聲壓級，以A計權聲壓級作為噪聲評價的指標，從此，縫制設備的噪聲測試開始逐步正規(guī)化。二十世紀九十年代，國家標準GB/T 14255-1993《家用縫紉機機頭 噪聲聲功率級的測試方法》發(fā)布，隨后國家行業(yè)標準QB/T 2043-1994《家用縫紉機 直線縫鎖式線跡縫紉機機頭》直接引用了噪聲聲功率級的測試方法，普通家用縫紉機的噪聲測試由聲壓級改為聲功率級，測試方法和評價標準更加科學、合理。

工業(yè)縫紉機在歷*曾參照家用縫紉機，采用“毫伏”作為噪聲的質(zhì)量指標。二十世紀八十年代，國內(nèi)一些生產(chǎn)企業(yè)紛紛引進日本的工業(yè)縫紉機生產(chǎn)技術和設備，噪聲測試也開始按照日本工業(yè)標準的方法改用聲壓級。1991年，參照日本工業(yè)標準JIS B9064-86制訂的中國國家行業(yè)標準QB/T 1177-1991《工業(yè)縫紉機 噪聲級的測試方法》發(fā)布，工業(yè)縫紉機的噪聲測試有了統(tǒng)一的方法標準。目前在我國縫制設備的產(chǎn)品標準體系內(nèi)，工業(yè)縫紉機的運轉(zhuǎn)噪聲均以A計權聲壓級作為標準值，并采用QB/T 1177所規(guī)定的試驗方法。

二十世紀末，英國標準化組織向標準化組織（ISO）提交了英國標準《工業(yè)用縫紉機——縫紉機、縫制單元和縫制系統(tǒng)的安全要求》作為標準草案。標準化組織縫紉機技術委員會（ISO/TC148）在廣泛征求意見及協(xié)商、修改的基礎上，2005年將該標準草案提交各成員國表決，全國縫制機械標準化技術委員會（SAC/TC152）代表中國投了贊成票。同年，ISO 10821:2005《工業(yè)用縫紉機——縫紉機、縫制單元和縫制系統(tǒng)的安全要求》正式發(fā)布，2009年ISO發(fā)布了該標準的第1號修正案。2010年等同采用ISO 10821:2005+Amd.1:2009的中國強制性國家標準《工業(yè)用縫紉機——縫紉機、縫制單元和縫制系統(tǒng)的安全要求》由全國縫制機械標準化技術委員會制訂完成并上報*。

ISO 10821標準（以下簡稱標準）對噪聲的控制和測試方法給予了足夠的關注，標準的英文版正文共76頁，涉及到噪聲的內(nèi)容就有20頁，占了總篇幅的26.3%；其中附錄C《噪聲測試規(guī)范》就有足足15頁。Amd.1:2009修正案共15條，涉及到噪聲的內(nèi)容就有10頁，占了總數(shù)的66.7%。

標準與我國現(xiàn)行的縫制設備行業(yè)標準在噪聲測試方法及評價標準上存在著巨大差異，《工業(yè)用縫紉機——縫紉機、縫制單元和縫制系統(tǒng)的安全要求》作為國家標準一旦發(fā)布實施，縫制設備產(chǎn)品的運轉(zhuǎn)噪聲就必須按照強制性國家標準規(guī)定的方法進行測試和評價，我們絕大部分工業(yè)縫紉機產(chǎn)品標準的質(zhì)量指標需要重新驗證設定，標準體系可能面臨重大調(diào)整。

3 標準與現(xiàn)行行業(yè)標準的差異

標準與我國現(xiàn)行的縫制設備行業(yè)標準在噪聲測試方法及評價標準上的主要差異大致可歸納為以下幾點：

3.1 變空載運行為負載運行

行業(yè)標準規(guī)定在噪聲測試時，采用的是空載運行模式，而標準卻規(guī)定測試時需要帶有縫料，使用密度為每平方米250g，zui大寬度為100毫米的梭織布料，縫料層數(shù)根據(jù)針柄直徑的大小而不同。

采用空載運行測試，其工作模式*不符合實際使用狀態(tài)，難以準確反映被測產(chǎn)品的真實質(zhì)量水平。實驗證明，空載運行和負載運行時噪聲值的變化量，在很大程度上體現(xiàn)了產(chǎn)品的質(zhì)量差異。

3.2 引進聲功率級的測試方法

標準規(guī)定，當產(chǎn)品的連續(xù)等效A計權聲壓級（LpA）超過80分貝時，應以A計權聲功率級LWA來標示，而行業(yè)標準卻只考核A計權聲壓級。

噪聲聲功率是表述噪聲源自身固有特性的物理量，對于一個特定的聲源，聲功率是不變的，而聲壓級會隨著測試點位置的變化而改變。

3.3 由單一運行模式向全面、綜合模式延伸

行業(yè)標準主要參照的是1986年發(fā)布的日本工業(yè)標準，在新產(chǎn)品、新品種層出不窮的今天顯得難以適應。對可編程的特種縫制設備在噪聲測試時的運行模式?jīng)]有詳細規(guī)定；對具有附加裝置及多個裝置、電動機的機種缺乏綜合的測試方法。例如：自動剪線平縫機目前已經(jīng)逐步替代普通高速平縫機，成為平縫縫紉的主流機種，但在噪聲測試時，卻沒有考慮加固縫和剪線這些zui基本的使用功能，剪線機構、倒縫機構及相關電磁鐵所發(fā)出的噪聲均未被列入測試范圍，測試結果與實際使用相脫節(jié)。

而標準則規(guī)定噪聲測試時，所有的裝置和電動機都應按說明書中的要求運轉(zhuǎn)；如果被測產(chǎn)品是可編程的，運轉(zhuǎn)模式應包括所有可能的送料方向、針距及針數(shù)；附加裝置應在測試時處于運行狀態(tài)。

3.4 增加了測量不確定度的要求

行業(yè)標準中沒有測量不確定度的概念，從測試結果中無法得知數(shù)據(jù)的可信性程度，而標準則明確噪聲測試值必須包含測量不確定度。

測試不確定度概念的引進，對測試儀器精度、測試環(huán)境、測試人員技術水平都提出了很高的要求。必須將重復性標準偏差——即對同一被測產(chǎn)品在相同實驗室、操作者和儀器設備條件下，在短時間內(nèi)重復測試和再現(xiàn)性標準偏差——在不同時間、不同實驗室、操作者和儀器設備條件下，使用相同的測試方法對同一被測產(chǎn)品得到的標準偏差控制在理想的范圍內(nèi)。

這些差異在一定程度上顛覆了我們*以來參照日本標準而形成的噪聲測試領域的傳統(tǒng)思維模式，迫使我們?nèi)ニ伎荚鯓硬拍苁箍p制設備的噪聲測試和評價更加科學、合理。

4 噪聲測試和評價怎樣才能更加科學合理

我們知道，聲波在傳播過程中，空氣中任一點附近的質(zhì)點由于聲波作用，形成一系列壓縮和稀疏交替變化，因而壓力也相應地發(fā)生強、弱變化。當空氣中有聲波傳播時，某一位置上的壓力增值（均方根值）稱作該點的有效聲壓，通常稱為聲壓。

由于人體聽覺系統(tǒng)對聲音強弱的反應是成對數(shù)比例關系變化的，在聲學上引入了“聲壓級”的概念。

聲壓級是指聲壓與基準聲壓之比的以10為底的對數(shù)乘以20（公式1），以分貝（dB）為單位，其中基準聲壓為2×10-5Pa。

LP=20lg（p/p0）………………………………………………（1）

式中：LP為聲壓級、p為被測聲壓（有效值）、p0為基準聲壓。

基準聲壓是正常人耳能感覺到1 000赫茲純音的zui低聲壓值，低于這一聲壓值，正常人的耳朵便不能感覺到聲音的存在。如果被測聲壓等于基準聲壓，聲壓級即為0分貝。

在特定頻率范圍（20赫茲 ～20 000赫茲）內(nèi)的聲波，可使人耳產(chǎn)生聽覺，低于20赫茲的聲波稱為次聲波，高于20 000赫茲的聲波稱為超聲波，人耳一般感受不到。

但人耳對聲音強度的主觀感覺與實際聲壓級的大小并不一致，聲壓級相同，頻率不同的聲音，聽起來響亮程度是不相同的。為了把客觀存在的物理量與人耳的感覺統(tǒng)一起來，聲學領域引進了綜合聲音強度的量度單位——響度級，單位為“方”（phon）。

國家標準GB/T 4963-2007/ISO 226：2003《聲學 標準等響度級曲線》將“響度級”定義為“等于根據(jù)聽力正常的聽者判斷為等響的1 000Hz純音的聲壓級”，并建立了典型聽者認為響度相同的純音的聲壓級與頻率關系的“純音標準等響度級曲線”（圖1）。
從圖上可以看出，人的耳朵對高頻尤其是2 000赫茲 ～4 000赫茲之間的聲波特別敏感，而對低頻聲波比較遲鈍，以40方響度級為例，對應于1 000赫茲的純音，聲壓級是40分貝；3 150赫茲時為35.6分貝；100赫茲時為64.4分貝；31.5赫茲時為88.2分貝。也就是說，人們對于31.5赫茲時聲壓級為88.2分貝的低頻聲與3 150赫茲時聲壓級為35.6分貝的高頻聲，主觀感覺到的聲音響亮程度是一致的。

在噪聲的測試和評價中，有必要考慮聲音的客觀量度與人的主觀感覺之間的關系。為了能用儀器直接測出反映人對噪聲的響度感覺，在聲級計內(nèi)把電信號中的不同頻率按人的主觀感覺進行修正，這種修正方法稱為頻率計權，實現(xiàn)這種頻率計權的網(wǎng)絡一般有A、B、C三種。通過計權網(wǎng)絡測得的聲壓級，稱為計權聲壓級。由于A計權聲壓級的特性曲線接近于人耳的感觀特性，目前在噪聲、特別是環(huán)境噪聲測試中應用，許多與噪聲有關的國家標準都以A計權聲壓級作為指標，我國現(xiàn)行的縫制設備行業(yè)標準也以A計權聲壓級作為噪聲的評價指標。

A計權聲壓級（LpA）雖然在環(huán)境噪聲的測試和評價被廣泛采用，但用于機器、設備的噪聲測試卻并不十分理想。

以縫制設備為例，A計權聲壓級的測試點是模擬縫紉操作工耳朵的位置設定的，行業(yè)標準QB/T 1177-1991《工業(yè)縫紉機 噪聲級的測試方法》規(guī)定的測試位置為：“傳聲器端面軸線應對準針板孔和針板平面成45°夾角，且通過針桿中心的平面，并垂直于主軸軸線”（圖2）。
對于不同的被測對象，其輻射噪聲的指向性各不相同，考慮到聲級計傳聲器的指向性誤差，在該點上測得的結果往往并不是zui大值。盡管在這個測試點上，如實地反映了該臺設備操作工的主觀感受，但是工業(yè)用縫制設備在服裝生產(chǎn)車間不是單臺工作的，每一臺縫制設備在工作時還影響著附近的其他操作工；其次，A計權聲壓級是隨著測試點位置的變化而改變的，不同的測試距離會導致不同的測試結果，這就需要對縫制設備噪聲的總能量進行測試和描述。

聲功率是指單位時間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向某面積的聲能量。對于一定的聲源，聲功率是不變的，它能準確描述機械設備的噪聲能量。

聲功率級是指聲功率與基準聲功率之比的以10為底的對數(shù)乘以10（見公式2），以分貝（dB）為單位，基準聲功率為1pW。

Lw=10lg（W/W0）………………………………………………（2）

式中：Lw為聲功率級、W為被測聲功率、W0為基準聲功率。

與聲壓級一樣，采用A計權網(wǎng)絡方法得到的聲功率級稱為A計權聲功率級（LwA）。

由于聲功率能夠反映聲源輻射出能量的大小，在聲學分析和噪聲控制方面具有*的優(yōu)勢，目前許多機電設備采用聲功率級作為噪聲評價的標準。