縫制設(shè)備的噪聲測試方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

 摘 要：文章通過對(duì)縫制設(shè)備噪聲測試方法的研究，介紹了ISO 10821標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上的差異，并以聲功率級(jí)的測試結(jié)果進(jìn)行分析對(duì)比，以探討如何建立更科學(xué)、合理的噪聲評(píng)價(jià)體系。

1 引言

聲音來源于振動(dòng)，發(fā)聲體的機(jī)械振動(dòng)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(qiáng)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(xué)習(xí)、工作和休息的聲音或人們?cè)谀承﹫龊?ldquo;不需要的聲音”，都統(tǒng)稱為噪聲。

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

1.1 機(jī)械性噪聲：

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

1.2 空氣動(dòng)力性噪聲：

由氣體振動(dòng)產(chǎn)生，如壓縮空氣、氣缸運(yùn)動(dòng)等產(chǎn)生的噪聲。

1.3 電磁性噪聲：

由電磁振動(dòng)產(chǎn)生，如電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲。

噪聲是評(píng)價(jià)縫制設(shè)備質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，綜合體現(xiàn)了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造水平。過大的機(jī)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(dǎo)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(hù)及對(duì)勞動(dòng)者人性化關(guān)懷的理念日益深入人心，對(duì)縫制設(shè)備的操作舒適性和噪聲控制的要求越來越嚴(yán)格。選擇更加科學(xué)、合理的噪聲測試方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于縫制設(shè)備產(chǎn)品質(zhì)量的提升顯得尤為重要。

2 我國縫制設(shè)備噪聲測試方法的演變歷程

我國縫制設(shè)備的噪聲測試起始于1961年，國家輕工業(yè)部發(fā)布了部標(biāo)準(zhǔn)QB156-61《JA、JB型家用縫紉機(jī)》，*次引進(jìn)了“運(yùn)轉(zhuǎn)聲響”的要求。當(dāng)時(shí)可能受到測試技術(shù)和儀器設(shè)備的限制，選用“毫伏”作為質(zhì)量指標(biāo)，測試采用一種用于廣播、擴(kuò)音系統(tǒng)的動(dòng)圈式傳聲器，將聲壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以毫伏計(jì)測試其輸出信號(hào)的強(qiáng)弱。

這是一種間接的模擬測試方法，用“毫伏”作為噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)，無法溯源到國家計(jì)量基準(zhǔn)。當(dāng)時(shí)作為噪聲測試比對(duì)的基準(zhǔn)，僅為原上海協(xié)昌縫紉機(jī)廠收藏的一臺(tái)日本原產(chǎn)“兄弟”牌家用縫紉機(jī)。用樣機(jī)作為標(biāo)準(zhǔn)聲源，其測量不確定度可想而知。

由于人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的感覺，不僅與聲壓有關(guān)，而且與頻率有關(guān)。而“毫伏”作為電壓的計(jì)量單位，無法對(duì)被測聲源進(jìn)行頻率計(jì)權(quán)，不能較好地反映人對(duì)噪聲的主觀感覺，也不能與行業(yè)外進(jìn)行交流對(duì)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(jī)的噪聲測試改用聲壓級(jí)，以A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)作為噪聲評(píng)價(jià)的指標(biāo)，從此，縫制設(shè)備的噪聲測試開始逐步正規(guī)化。二十世紀(jì)九十年代，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14255-1993《家用縫紉機(jī)機(jī)頭 噪聲聲功率級(jí)的測試方法》發(fā)布，隨后國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2043-1994《家用縫紉機(jī) 直線縫鎖式線跡縫紉機(jī)機(jī)頭》直接引用了噪聲聲功率級(jí)的測試方法，普通家用縫紉機(jī)的噪聲測試由聲壓級(jí)改為聲功率級(jí)，測試方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)更加科學(xué)、合理。

工業(yè)縫紉機(jī)在歷*曾參照家用縫紉機(jī)，采用“毫伏”作為噪聲的質(zhì)量指標(biāo)。二十世紀(jì)八十年代，國內(nèi)一些生產(chǎn)企業(yè)紛紛引進(jìn)日本的工業(yè)縫紉機(jī)生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備，噪聲測試也開始按照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的方法改用聲壓級(jí)。1991年，參照日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS B9064-86制訂的中國國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 1177-1991《工業(yè)縫紉機(jī) 噪聲級(jí)的測試方法》發(fā)布，工業(yè)縫紉機(jī)的噪聲測試有了統(tǒng)一的方法標(biāo)準(zhǔn)。目前在我國縫制設(shè)備的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)體系內(nèi)，工業(yè)縫紉機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲均以A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)作為標(biāo)準(zhǔn)值，并采用QB/T 1177所規(guī)定的試驗(yàn)方法。

二十世紀(jì)末，英國標(biāo)準(zhǔn)化組織向標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提交了英國標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)用縫紉機(jī)——縫紉機(jī)、縫制單元和縫制系統(tǒng)的安全要求》作為標(biāo)準(zhǔn)草案。標(biāo)準(zhǔn)化組織縫紉機(jī)技術(shù)委員會(huì)（ISO/TC148）在廣泛征求意見及協(xié)商、修改的基礎(chǔ)上，2005年將該標(biāo)準(zhǔn)草案提交各成員國表決，全國縫制機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC152）代表中國投了贊成票。同年，ISO 10821:2005《工業(yè)用縫紉機(jī)——縫紉機(jī)、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(biāo)準(zhǔn)的第1號(hào)修正案。2010年等同采用ISO 10821:2005+Amd.1:2009的中國強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)用縫紉機(jī)——縫紉機(jī)、縫制單元和縫制系統(tǒng)的安全要求》由全國縫制機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)制訂完成并上報(bào)*。

ISO 10821標(biāo)準(zhǔn)（以下簡稱標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)噪聲的控制和測試方法給予了足夠的關(guān)注，標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)與我國現(xiàn)行的縫制設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在噪聲測試方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上存在著巨大差異，《工業(yè)用縫紉機(jī)——縫紉機(jī)、縫制單元和縫制系統(tǒng)的安全要求》作為國家標(biāo)準(zhǔn)一旦發(fā)布實(shí)施，縫制設(shè)備產(chǎn)品的運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲就必須按照強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法進(jìn)行測試和評(píng)價(jià)，我們絕大部分工業(yè)縫紉機(jī)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量指標(biāo)需要重新驗(yàn)證設(shè)定，標(biāo)準(zhǔn)體系可能面臨重大調(diào)整。

3 標(biāo)準(zhǔn)與現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的差異

標(biāo)準(zhǔn)與我國現(xiàn)行的縫制設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在噪聲測試方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上的主要差異大致可歸納為以下幾點(diǎn)：

3.1 變空載運(yùn)行為負(fù)載運(yùn)行

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在噪聲測試時(shí)，采用的是空載運(yùn)行模式，而標(biāo)準(zhǔn)卻規(guī)定測試時(shí)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(yùn)行測試，其工作模式*不符合實(shí)際使用狀態(tài)，難以準(zhǔn)確反映被測產(chǎn)品的真實(shí)質(zhì)量水平。實(shí)驗(yàn)證明，空載運(yùn)行和負(fù)載運(yùn)行時(shí)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(jìn)聲功率級(jí)的測試方法

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)產(chǎn)品的連續(xù)等效A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)（LpA）超過80分貝時(shí)，應(yīng)以A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)LWA來標(biāo)示，而行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)卻只考核A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。

噪聲聲功率是表述噪聲源自身固有特性的物理量，對(duì)于一個(gè)特定的聲源，聲功率是不變的，而聲壓級(jí)會(huì)隨著測試點(diǎn)位置的變化而改變。

3.3 由單一運(yùn)行模式向全面、綜合模式延伸

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)主要參照的是1986年發(fā)布的日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在新產(chǎn)品、新品種層出不窮的今天顯得難以適應(yīng)。對(duì)可編程的特種縫制設(shè)備在噪聲測試時(shí)的運(yùn)行模式?jīng)]有詳細(xì)規(guī)定；對(duì)具有附加裝置及多個(gè)裝置、電動(dòng)機(jī)的機(jī)種缺乏綜合的測試方法。例如：自動(dòng)剪線平縫機(jī)目前已經(jīng)逐步替代普通高速平縫機(jī)，成為平縫縫紉的主流機(jī)種，但在噪聲測試時(shí)，卻沒有考慮加固縫和剪線這些zui基本的使用功能，剪線機(jī)構(gòu)、倒縫機(jī)構(gòu)及相關(guān)電磁鐵所發(fā)出的噪聲均未被列入測試范圍，測試結(jié)果與實(shí)際使用相脫節(jié)。

而標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定噪聲測試時(shí)，所有的裝置和電動(dòng)機(jī)都應(yīng)按說明書中的要求運(yùn)轉(zhuǎn)；如果被測產(chǎn)品是可編程的，運(yùn)轉(zhuǎn)模式應(yīng)包括所有可能的送料方向、針距及針數(shù)；附加裝置應(yīng)在測試時(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 增加了測量不確定度的要求

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中沒有測量不確定度的概念，從測試結(jié)果中無法得知數(shù)據(jù)的可信性程度，而標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)，對(duì)測試儀器精度、測試環(huán)境、測試人員技術(shù)水平都提出了很高的要求。必須將重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差——即對(duì)同一被測產(chǎn)品在相同實(shí)驗(yàn)室、操作者和儀器設(shè)備條件下，在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)測試和再現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)偏差——在不同時(shí)間、不同實(shí)驗(yàn)室、操作者和儀器設(shè)備條件下，使用相同的測試方法對(duì)同一被測產(chǎn)品得到的標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)而形成的噪聲測試領(lǐng)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(shè)備的噪聲測試和評(píng)價(jià)更加科學(xué)、合理。

4 噪聲測試和評(píng)價(jià)怎樣才能更加科學(xué)合理

我們知道，聲波在傳播過程中，空氣中任一點(diǎn)附近的質(zhì)點(diǎn)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(yīng)地發(fā)生強(qiáng)、弱變化。當(dāng)空氣中有聲波傳播時(shí)，某一位置上的壓力增值（均方根值）稱作該點(diǎn)的有效聲壓，通常稱為聲壓。

由于人體聽覺系統(tǒng)對(duì)聲音強(qiáng)弱的反應(yīng)是成對(duì)數(shù)比例關(guān)系變化的，在聲學(xué)上引入了“聲壓級(jí)”的概念。

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

LP=20lg（p/p0）………………………………………………（1）

式中：LP為聲壓級(jí)、p為被測聲壓（有效值）、p0為基準(zhǔn)聲壓。

基準(zhǔn)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(zhǔn)聲壓，聲壓級(jí)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(duì)聲音強(qiáng)度的主觀感覺與實(shí)際聲壓級(jí)的大小并不一致，聲壓級(jí)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(xué)領(lǐng)域引進(jìn)了綜合聲音強(qiáng)度的量度單位——響度級(jí)，單位為“方”（phon）。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4963-2007/ISO 226：2003《聲學(xué) 標(biāo)準(zhǔn)等響度級(jí)曲線》將“響度級(jí)”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(jí)”，并建立了典型聽者認(rèn)為響度相同的純音的聲壓級(jí)與頻率關(guān)系的“純音標(biāo)準(zhǔn)等響度級(jí)曲線”（圖1）。
從圖上可以看出，人的耳朵對(duì)高頻尤其是2 000赫茲 ～4 000赫茲之間的聲波特別敏感，而對(duì)低頻聲波比較遲鈍，以40方響度級(jí)為例，對(duì)應(yīng)于1 000赫茲的純音，聲壓級(jí)是40分貝；3 150赫茲時(shí)為35.6分貝；100赫茲時(shí)為64.4分貝；31.5赫茲時(shí)為88.2分貝。也就是說，人們對(duì)于31.5赫茲時(shí)聲壓級(jí)為88.2分貝的低頻聲與3 150赫茲時(shí)聲壓級(jí)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(píng)價(jià)中，有必要考慮聲音的客觀量度與人的主觀感覺之間的關(guān)系。為了能用儀器直接測出反映人對(duì)噪聲的響度感覺，在聲級(jí)計(jì)內(nèi)把電信號(hào)中的不同頻率按人的主觀感覺進(jìn)行修正，這種修正方法稱為頻率計(jì)權(quán)，實(shí)現(xiàn)這種頻率計(jì)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)一般有A、B、C三種。通過計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級(jí)，稱為計(jì)權(quán)聲壓級(jí)。由于A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)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(yīng)用，許多與噪聲有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)都以A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)作為指標(biāo)，我國現(xiàn)行的縫制設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也以A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)作為噪聲的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)（LpA）雖然在環(huán)境噪聲的測試和評(píng)價(jià)被廣泛采用，但用于機(jī)器、設(shè)備的噪聲測試卻并不十分理想。

以縫制設(shè)備為例，A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)的測試點(diǎn)是模擬縫紉操作工耳朵的位置設(shè)定的，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 1177-1991《工業(yè)縫紉機(jī) 噪聲級(jí)的測試方法》規(guī)定的測試位置為：“傳聲器端面軸線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)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(duì)于不同的被測對(duì)象，其輻射噪聲的指向性各不相同，考慮到聲級(jí)計(jì)傳聲器的指向性誤差，在該點(diǎn)上測得的結(jié)果往往并不是zui大值。盡管在這個(gè)測試點(diǎn)上，如實(shí)地反映了該臺(tái)設(shè)備操作工的主觀感受，但是工業(yè)用縫制設(shè)備在服裝生產(chǎn)車間不是單臺(tái)工作的，每一臺(tái)縫制設(shè)備在工作時(shí)還影響著附近的其他操作工；其次，A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)是隨著測試點(diǎn)位置的變化而改變的，不同的測試距離會(huì)導(dǎo)致不同的測試結(jié)果，這就需要對(duì)縫制設(shè)備噪聲的總能量進(jìn)行測試和描述。

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

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

Lw=10lg（W/W0）………………………………………………（2）

式中：Lw為聲功率級(jí)、W為被測聲功率、W0為基準(zhǔn)聲功率。

與聲壓級(jí)一樣，采用A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)方法得到的聲功率級(jí)稱為A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)（LwA）。

由于聲功率能夠反映聲源輻射出能量的大小，在聲學(xué)分析和噪聲控制方面具有*的優(yōu)勢(shì)，目前許多機(jī)電設(shè)備采用聲功率級(jí)作為噪聲評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)。