朱東綿 肖景紅 袁芳麗 趙江偉
摘 要:依據(jù)GB/T 3768-2017《聲學(xué) 聲壓法測定噪聲源聲功率級和聲能量級 采用反射面上方包絡(luò)測量面的簡易法》中的要求, 對坐便器沖洗噪聲(聲功率級)的測量不確定度進(jìn)行了分析,結(jié)果表明,采用半球測量面(單反射面)測得的坐便器沖洗噪聲LWA為58.8 dB,擴(kuò)展不確定度為4.0 dB(k=2),其中采樣引入的不確定度最大, 其次是環(huán)境噪聲修正和測試方法引入的不確定度, 聲級計(jì)、測量重復(fù)性以及測聲源運(yùn)行不穩(wěn)定及安裝條件引入的不確定度較小。增加測點(diǎn)的位置數(shù)量可有效降低坐便器沖洗噪聲測量的不確定度。
關(guān)鍵詞:坐便器;沖洗噪聲;不確定度;聲壓級;聲功率級
1 前 言
坐便器沖洗噪聲是家居生活噪聲的主要來源之一,尤其在夜間,過高的沖洗噪聲會干擾人們的休息和睡眠,因此,國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》[1]規(guī)定了坐便器沖洗噪聲的限值要求,測試方法則采用GB/T 3768《聲學(xué) 聲壓法測定噪聲源聲功率級和聲能量級 采用反射面上方包絡(luò)測量面的簡易法》[2]。
測量不確定度是評價(jià)測量水平的重要指標(biāo),并可能對測試結(jié)果的可信度、可比性和可接受性產(chǎn)生影響,因而備受關(guān)注。影響坐便器沖洗噪聲的測量不確定度的因素可歸結(jié)為兩大類,一是方法再現(xiàn)性,二是噪聲源發(fā)聲不穩(wěn)定。目前的研究[3-4]中,僅進(jìn)行了測試結(jié)果重復(fù)性的研究,未對影響方法再現(xiàn)性的因素進(jìn)行全面的分析,也未考慮噪聲源發(fā)聲不穩(wěn)定的影響。因此,本文擬根據(jù)GB/T 3768-2017的方法對坐便器沖洗噪聲(聲功率級)的測量不確定度進(jìn)行研究,為測量水平的提高及衛(wèi)生潔具沖洗噪聲標(biāo)準(zhǔn)的制訂提供參考。
2 測量過程
2.1 測試環(huán)境和設(shè)備
坐便器沖洗噪聲的測試在半消聲室內(nèi)進(jìn)行,測試環(huán)境參數(shù)如下:
可用空間:4.2 m × 4.0 m × 2.9 m;
內(nèi)表面面積Sv:81.16 m2;
平均吸聲系數(shù)α:0.50;
吸聲量A:40.58 m2;
測試采用的聲級計(jì)為噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀(杭州愛華,型號AWA6218)。
2.2 被測聲源
測試樣品為雙沖坐便器,尺寸380 mm × 710 mm × 665 mm,無蓋板。樣品按正常使用狀態(tài)安裝在反射面中心位置。測試過程采用全沖模式,進(jìn)水壓力為0.14 MPa(靜壓)。
2.3 基準(zhǔn)體和測量面
被測聲源基準(zhǔn)體尺寸(l1×l2×l3)為0.71 m × 0.38 m × 0.665 m,特征尺寸d0=0.777 m。
測試采用半球測量面(單反射面),測量半徑r=1.6 m,測量面面積S=16.08 m2。測量面上測點(diǎn)的位置見圖1和表1。
說明:A——測量面;B——基準(zhǔn)體;r——測量面半徑;x軸與長度(l1)方向平行,y軸與寬度(l2)方向平行。
2.4 測試結(jié)果
在各測點(diǎn)分別測試背景噪聲A計(jì)權(quán)時(shí)間平均聲壓級L'pAi (B )及被測噪聲源A計(jì)權(quán)時(shí)間平均聲壓級L'pAi (ST ),按GB/T 3768 - 2017中給出的公式計(jì)算L'pAi (B )平均值、L'pAi (ST )平均值、背景噪聲修正值K1A、環(huán)境噪聲修正值K2A、測量面時(shí)間平均聲壓級LpA及聲功率級LWA,測試及計(jì)算結(jié)果見表2。
3 測量不確定度的評定
3.1 概述
初步估計(jì)顯示,經(jīng)大氣條件修正后的聲功率級LWA是式(1)所示的一系列參數(shù)的函數(shù):
式中:
δmethod ——測量方法帶來的不確定度輸入量,包括結(jié)果推導(dǎo)和相應(yīng)的不確定度;
δomc ——運(yùn)行和安裝條件帶來的不確定度輸入量;
L'pA (ST ) ——被測噪聲源運(yùn)行時(shí),在整個(gè)測量面上A計(jì)權(quán)時(shí)間平均聲壓級的平均值;
S ——測量面的面積;
S0 ——基準(zhǔn)面的面積;
K1A ——背景噪聲修正值;
K2A ——環(huán)境修正值;
δmet ——考慮聲壓級和聲功率級時(shí)所用的不同分貝基準(zhǔn)量,以及聲功率隨溫度和壓力的變化的輸入量;
δslm ——聲級計(jì)帶入的不確定度的輸入量;
δmic ——有限數(shù)量測點(diǎn)位置帶來的不確定度的輸入量;
δangle ——聲源聲發(fā)射方向與測量面法向之間的角度差的輸入量;
δtone ——由于頻譜形狀和有調(diào)聲的存在而引起的不確定度的輸入量。
各輸入量的期望值(平均值)是對輸入量值的最佳估計(jì),且其標(biāo)準(zhǔn)偏差是對數(shù)值離散程度的度量,稱為不確定度。與安裝和運(yùn)行條件相關(guān)的不確定度分量包含在σomc中,而σR0則包括了其他不確定度分量。
聲功率級的測量不確定度u(Lw)由式(2)進(jìn)行估算:
總標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算按式(3)進(jìn)行計(jì)算:
式中:σR0為方法復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)差;σomc為被測聲源運(yùn)行不穩(wěn)定及安裝條件引起的不確定度標(biāo)準(zhǔn)差。
擴(kuò)展不確定度U可由式(4)計(jì)算:
擴(kuò)展測量不確定度取決于所要求的包含概率。測量值為正態(tài)分布時(shí),真值在(LW-U)到(LW+U)范圍內(nèi)的置信水平為95%時(shí),對應(yīng)于k=2的包含因子;如果測定聲功率級的目的是將結(jié)果與某個(gè)限值進(jìn)行比較,則采用單邊正態(tài)分布的包含因子更為合適,此時(shí)對應(yīng)于包含概率為95%的包含因子為k=1.6。
3.2 σomc的確定
為確定σomc,對安裝在同一位置的同一坐便器、使用相同的聲級計(jì)、由相同的測試人員在L'pi (ST )最大的聲級計(jì)位置(10#位)進(jìn)行6次重復(fù)測量,每次重復(fù)測量前均重新安裝坐便器。按式(5)計(jì)算σomc。測試及計(jì)算結(jié)果見表3。
式中:
Lp, j ——第j次重復(fù)測量并經(jīng)背景噪聲修正后的聲壓級;
Lpav ——所有重復(fù)測量結(jié)果的算術(shù)平均值。
3.3 σR0的確定
3.3.1 測量方法
假設(shè)整個(gè)建模方法是完整和正確的,則由殘余不確定度引起的umethod=0.6 dB,靈敏系數(shù)cmethod=1。
3.3.2 聲壓級測量的重復(fù)性
在相同條件下、單一位置(10#位)進(jìn)行6次連續(xù)的聲壓級測量,以測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。測試過程中固定被測聲源,每次測試前重新安裝聲級計(jì)。按式(6)計(jì)算uL'pA (ST ),測量及計(jì)算結(jié)果見表4。
3.3.3 測量面面積
3.3.4 背景噪音修正
背景噪聲修正值的標(biāo)準(zhǔn)測量不確定度uK1A為測量面單一傳聲器位置ΔLp重復(fù)測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差。在10#位對ΔLp進(jìn)行6次重復(fù)測量,測量及計(jì)算結(jié)果見表5。
靈敏系數(shù)c(K1A)按式(7)計(jì)算,計(jì)算結(jié)果c(K1A)=1。
3.3.5 環(huán)境噪音修正
環(huán)境噪音修正引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uK2A≈K2A/4,故有uK2A≈4.12/4=1.03 dB。
3.3.6 氣象修正
3.3.7 聲級計(jì)
噪聲統(tǒng)計(jì)分析儀校準(zhǔn)證書給出的測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為U=0.4 dB(k=2),故有uslm=0.2 dB。
3.3.8 采樣
由采樣引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度umic按式(8)計(jì)算,測量和計(jì)算結(jié)果見表6。
式中:
NM ——傳聲器位置數(shù)。對于本次測試,NM=8;
L'pav ——L'pi? (ST )測量值的算術(shù)平均值。
3.3.9 角度
在反射平面上自由聲場的半球測量面,典型的標(biāo)準(zhǔn)偏差uangle為0.25 dB。靈敏系數(shù)cangle=10-0.1K2A 。K2A=4.12 dB,故cangle=0.4。
3.3.10 頻譜形狀
當(dāng)聲源沒有產(chǎn)生可聽有調(diào)聲時(shí),可假設(shè)utone=0 dB。坐便器沖洗過程未產(chǎn)生可聽有調(diào)聲,故utone=0 dB。
3.3.11 σR0的確定
表7給出了估算σR0的各不確定度分量的相關(guān)參數(shù)。由于各不確定度分量的相關(guān)性可以忽略,故有:
根據(jù)式(9),
3.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度
4 各不確定度分量的相對貢獻(xiàn)
以各不確定度分量的ciui值占標(biāo)準(zhǔn)不確定度σtot的百分比,來表示各分量的相對貢獻(xiàn)。圖2使用柱狀圖表示了各分量的相對貢獻(xiàn),可以看出,采樣引入的不確定度最大, 其次是環(huán)境噪聲修正和測試方法引入的不確定度, 聲級計(jì)、測量重復(fù)性以及測聲源運(yùn)行不穩(wěn)定及安裝條件引入的不確定度相對較小,其余參數(shù)對不確定度的貢獻(xiàn)非常小。
分析表6的測試結(jié)果可發(fā)現(xiàn),采用8個(gè)位置(4個(gè)主傳聲器位置加4個(gè)附加傳聲器位置)進(jìn)行測試時(shí),umic為1.5 dB,如只在4個(gè)主傳聲器位置(4#位、5#位、6#位、10#位)進(jìn)行測試,umic為2.5 dB,不確定度顯著增加。由于坐便器的沖洗噪聲有明顯的指向性,其上方的噪聲輻射顯著,因此,采用半球測量面(單反射面)進(jìn)行坐便器沖洗噪聲測試時(shí),至少要采用8個(gè)傳聲器位置進(jìn)行測試,才能保證測試精度;必要時(shí),還需根據(jù)ISO 3744的規(guī)定,在噪聲高輻射區(qū)域的測量面上安排附加的傳聲器,以進(jìn)一步降低測量不確定度。
環(huán)境噪聲修正對不確定度的貢獻(xiàn)僅次于采樣。K2A越小,環(huán)境噪聲修正值引入的測量不確定度uK2A越小。雖然降低K2A值同時(shí)會導(dǎo)致角度誤差的靈敏系數(shù)cangle增加,但即使是在K2A為0 dB的極端情況下,cangle為1,cangleuangle為0.25 dB,角度對不確定度的貢獻(xiàn)依然很小??傮w而言,對于半球測量面,降低K2A,有利于提高測試精度。增大的測試空間、在測試室的頂棚和墻壁使用吸音材料的方法,增加房間的吸聲量,可以降低K2A,提高測試精度。
5 結(jié) 語
在全沖模式、無蓋板、進(jìn)水壓力0.14 MPa(靜壓力)下,采用半球測量面(單反射面)測得的坐便器沖洗噪聲聲功率級LWA為58.8 dB,方法復(fù)現(xiàn)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為1.95 dB,安裝及運(yùn)行條件不穩(wěn)定引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為0.28 dB,合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度2.2 dB,擴(kuò)展不確定度4.4 dB(k=2)。
在各不確定度分量中,采樣引入的不確定度最大, 其次是環(huán)境噪聲修正和測試方法引入的不確定度, 聲級計(jì)、測量重復(fù)性以及測聲源運(yùn)行不穩(wěn)定及安裝條件引入的不確定度相較小。因此,采用半球測量面(單反射面)進(jìn)行坐便器沖洗噪聲測試時(shí),至少要采用8個(gè)傳聲器位置進(jìn)行測試,才能保證測試精度,此外,增加測試環(huán)境的吸聲量也有利于測試精度的提高。
參考文獻(xiàn)
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