張一函 王 博 劉小云 李文杰

(1 咸陽陶瓷研究設(shè)計(jì)院有限公司 陜西 咸陽 712000)

(2 唐山出入境檢驗(yàn)檢疫局國家檢測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北 唐山 063000)

在崇尚健康環(huán)保、倡導(dǎo)綠色生活的當(dāng)代，消費(fèi)者對衛(wèi)浴陶瓷尤其是坐便器的品質(zhì)要求日益嚴(yán)格。坐便器沖洗噪聲已成為評價(jià)坐便器質(zhì)量的重要指標(biāo)，衛(wèi)浴行業(yè)紛紛將“靜音”、“超靜音”系列坐便器研制作為轉(zhuǎn)型發(fā)展的主攻方向。目前，國外在供水裝置和設(shè)備噪音監(jiān)測方面已形成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法。ISO 3822-1-1999《Acoustics-Laboratory tests on noise emission from appliances and equipment used in water supply installations-Part1:Method of measurement》[1]標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了實(shí)驗(yàn)室中測量供水裝置中使用的裝置和設(shè)備中水流產(chǎn)生的噪聲排放方法。但有關(guān)坐便器沖洗噪聲測量方面尚屬空白。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6952-2015《衛(wèi)生陶瓷》[2]雖明確規(guī)定了坐便器沖洗噪聲的允許限量L50≤55 dB、L10≤65 dB，但其指定的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3768-2017《聲學(xué) 聲壓法測定噪聲源聲功率級(jí) 反射面上方采用包絡(luò)測量表面的簡易法》[3]僅能夠提供噪音檢測的一般原則，未對測試環(huán)境條件、儀器設(shè)備、測試方法步驟和結(jié)果數(shù)據(jù)處理等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)加以具體規(guī)定。因此，國內(nèi)外尚無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對坐便器沖洗噪聲測量方法有統(tǒng)一的規(guī)定。通過對河北、廣東、河南等國內(nèi)主產(chǎn)地廣泛調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，由于相關(guān)測試技術(shù)規(guī)范欠缺導(dǎo)致坐便器沖洗噪聲的實(shí)驗(yàn)操作隨意性大、結(jié)果數(shù)據(jù)可比性差，不同實(shí)驗(yàn)室的檢測方法、測試步驟和結(jié)果處理方式各異，使得坐便器沖洗噪聲難以準(zhǔn)確定量驗(yàn)證。同一坐便器樣品的檢測結(jié)果存在較大誤差，可達(dá)20%～40%以上。因此，測試方法的不統(tǒng)一影響著企業(yè)對新技術(shù)的推廣，制約著產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38979-2020《衛(wèi)生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗(yàn)方法》的發(fā)布實(shí)施解決坐便器沖洗噪聲無統(tǒng)一測試方法的問題。文章對國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 38979-2020《衛(wèi)生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗(yàn)方法》中的樣品安裝及定位、聲壓級(jí)測量、結(jié)果計(jì)算和測量不確定度進(jìn)行了解讀。

1 標(biāo)準(zhǔn)概況

2016年，國辦發(fā)〔2016〕68號(hào)文印發(fā)了《消費(fèi)品標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量提升規(guī)劃(2016-2020年)》，衛(wèi)生陶瓷被列為質(zhì)量提升的重點(diǎn)領(lǐng)域。坐便器沖洗噪聲試驗(yàn)方法被列為2017年消費(fèi)品專項(xiàng)項(xiàng)目。2020年7月21日，國家市場監(jiān)督管理總局、國家標(biāo)準(zhǔn)委發(fā)布中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)公告(2020年第17號(hào))，批準(zhǔn)發(fā)布了GB/T 38979-2020《衛(wèi)生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗(yàn)方法》國家標(biāo)準(zhǔn),并于2021年6月1日起正式實(shí)施。該國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，推進(jìn)衛(wèi)生陶瓷新型標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，完善衛(wèi)生陶瓷檢測方法標(biāo)準(zhǔn)體系。

2 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容分析

本標(biāo)準(zhǔn)共分為9章，規(guī)定了坐便器(不包含壓力式坐便器和智能坐便器)沖洗噪聲檢測的設(shè)施條件和測量儀器、樣品安裝調(diào)試、聲壓級(jí)測量、結(jié)果計(jì)算、測量不確定度和測試報(bào)告。主要內(nèi)容分為4部分：樣品安裝及定位、聲壓級(jí)測量、結(jié)果計(jì)算和測量不確定度。

2.1 樣品安裝及定位

選取1件坐便器樣品，配備滿足額定用水量要求的重力式?jīng)_洗水箱，并配備適合尺寸的坐圈、蓋板及法蘭(對于排水方式為后排式的坐便器樣品，應(yīng)使用尺寸合適的法蘭將其排水方式由后排式調(diào)整為下排式)；確保沖洗水箱的工作水位能夠滿足正常沖洗過程需要。將待測坐便器置于0.1 MPa的試驗(yàn)用水壓力下，連續(xù)保持15 min，進(jìn)行連接密封性測試，連接管路應(yīng)無泄漏，以確保坐便器和沖水裝置有良好的密封性。

待測坐便器安裝不靠近任何一面墻壁，待測坐便器直接置于地面并使其與任何一面墻壁之間的距離均不小于1.5 m，連接供水與排污系統(tǒng)管道，確保坐便器沖洗功能正常。

2.2 聲壓級(jí)測量

2.2.1 確定聲源基準(zhǔn)體

利用空間直角坐標(biāo)系確定聲源基準(zhǔn)體的位置和尺寸。如圖1所示，以聲源基準(zhǔn)體及其相鄰?fù)队捌矫嫔系耐队八M成箱體的中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)O，x和y軸分別與聲源基準(zhǔn)體的長和寬平行。坐便器的水平長度為聲源基準(zhǔn)體的長度l1；坐便器與沖洗水箱水平寬度的最大值為聲源基準(zhǔn)體的寬度l2(對于壁掛式?jīng)_洗水箱、隱藏式?jīng)_洗水箱及內(nèi)置式?jīng)_洗水箱的坐便器，以其水平寬度作為聲源基準(zhǔn)體的寬度l2)。；坐便器的高度作為聲源基準(zhǔn)體的高度l3。聲源基準(zhǔn)體的特征尺寸d0為[(l1/2)2+(l2/2)2+l32]1/2。

圖1 聲源基準(zhǔn)體尺寸

說明：

d0—聲源基準(zhǔn)體的特征尺寸，單位為米(m)；

l1—聲源基準(zhǔn)體的長度，單位為米(m)；

l2—聲源基準(zhǔn)體的寬度，單位為米(m)；

l3—聲源基準(zhǔn)體的高度，單位為米(m)；

O—坐標(biāo)原點(diǎn)。

2.2.2 確定半球測量表面

標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3768中提供了平行六面體和半球兩類不同的測量表面模型，其中平行六面體更適合較長的箱形聲源，而坐便器樣品通常尺寸較小，半球面較為適合。另外，在有限的噪聲頻率范圍內(nèi)進(jìn)行坐便器沖洗噪聲測試時(shí)，由于半球面較小的測量半徑對于聲學(xué)環(huán)境的要求相對不高，因此，在規(guī)劃半消音室時(shí)，不必采用大面積的空間，在一定程度上可降低成本。試驗(yàn)所采用的半球測量表面與聲源基準(zhǔn)體具有相同的空間直角坐標(biāo)系。半球的球心是箱體的原點(diǎn)O，半球測量半徑r≥2d0。由于在坐便器沖洗過程中，其洗凈面上方聲強(qiáng)最大、前方次之、左方及右方弱之、后方噪聲強(qiáng)度最小，因此在實(shí)際測量時(shí)須利用噪聲源的指向性合理設(shè)置測點(diǎn)分布。相應(yīng)的傳聲器位置如圖2所示，測點(diǎn)坐標(biāo)見表1。

(a)立體圖

如果在4、5、6、10四個(gè)基本傳聲器的位置處測得的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)數(shù)值范圍(最高和最低聲壓級(jí)差)超過測點(diǎn)數(shù)目的2倍，則通過增加等尺寸單元面積設(shè)置附加傳聲器位置，圖中14、15、16、20則為附加傳聲器的位置。坐便器屬于一個(gè)大聲源，其噪聲僅僅通過聲源的一個(gè)很小局部向外輻射的一種產(chǎn)品，因此坐便器沖洗噪聲具有較強(qiáng)的指向性，95%以上的樣品均須增設(shè)附加傳聲器位置。為提高標(biāo)準(zhǔn)方法的統(tǒng)一性和規(guī)范性，將半球測量表面上傳聲器位置設(shè)定為上述4、5、6、10、14、15、16、20共8個(gè)點(diǎn)。表1所示的表面?zhèn)髀暺魑恢米鴺?biāo)為相對坐標(biāo)，即傳聲器位置的坐標(biāo)與半球測量半徑的比值。附加傳聲器的位置為基本傳聲器相對面的投影位置。

表1 半球測量表面?zhèn)髀暺魑恢米鴺?biāo)

2.2.3 聲壓級(jí)測量步驟

(1)實(shí)驗(yàn)人數(shù)的確定。除保留1個(gè)待測坐便器樣品及三腳架等必要實(shí)驗(yàn)器具外，將測試室內(nèi)其余物品全部搬離，實(shí)驗(yàn)操作員不得超過2人，不得穿戴有明顯吸聲特性的衣物，其中1個(gè)人啟動(dòng)沖水裝置，另外一個(gè)人進(jìn)行聲頻信號(hào)采集；或者使用多通道聲分析儀進(jìn)行聲頻信號(hào)的自動(dòng)采集時(shí)，測試室內(nèi)僅保留1名實(shí)驗(yàn)人員完成坐便器樣品沖水裝置的啟動(dòng)。

(2)聲源基準(zhǔn)體的空間定位及傳聲器位置的確定。首先選擇相適用的半球包絡(luò)聲源測量表面，根據(jù)樣品安裝方式確定聲源基準(zhǔn)體的空間位置，計(jì)算各個(gè)測點(diǎn)坐標(biāo)并記錄。根據(jù)所選用半球測量表面的傳聲器位置陣列，用鋼直尺和直角尺對各個(gè)測點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行定位；同時(shí)將三腳架移至該點(diǎn)位置處并將具備相關(guān)聲學(xué)性能的聲級(jí)計(jì)置于其頂部云臺(tái)，確保傳聲器的取向與其校準(zhǔn)時(shí)聲波入射角相同并垂直指向測量表面。

(3)儀器設(shè)備性能要求。測量所用聲級(jí)計(jì)應(yīng)符合GB/T 3785.1-2010中2型儀器要求，推薦使用1級(jí)儀器。每次試驗(yàn)開始前，均使用符合GB/T 15173中1級(jí)準(zhǔn)確度要求的聲級(jí)校準(zhǔn)器在測量頻率為1 000 Hz，94 dB的點(diǎn)處對聲級(jí)計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。

(4)噪聲測試室的聲學(xué)條件。坐便器沖洗噪聲測試室可以為半消音室或剛性壁面室，半球測量面上背景噪聲比待測坐便器沖洗噪聲的A計(jì)權(quán)聲壓級(jí)平均值低3 dB(A)以上，半消音室能夠提供反射面上方近似自由場的聲學(xué)條件。

(5)試驗(yàn)靜壓力和測量時(shí)段的確定。坐便器沖洗噪聲測試采用全沖模式，以一個(gè)完整的正常沖水周期作為聲級(jí)計(jì)聲頻信號(hào)采集的測量時(shí)段；并將試驗(yàn)靜壓力設(shè)定為0.14 MPa±0.01 MPa(使用沖洗水箱等重力式?jīng)_水裝置)。對于使用壓力式?jīng)_水裝置的傳統(tǒng)坐便器和智能坐便器而言，在沖洗閥啟動(dòng)瞬間所形成的氣穴噪聲較大，而沖水周期通常較短，一般為10 s～20 s,由于聲頻信號(hào)采集時(shí)間過短，導(dǎo)致沖洗噪聲檢測結(jié)果普遍不合格。另外，目前智能坐便器市場規(guī)模不斷擴(kuò)大，但受產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)制約，無法兼顧用水效能與沖洗噪聲，且部分國內(nèi)外企業(yè)采用的電機(jī)和水泵排水模式，使得沖水周期進(jìn)一步縮短、排水噪聲進(jìn)一步加劇。因此，使用壓力式?jīng)_水裝置的傳統(tǒng)坐便器和智能坐便器產(chǎn)品的沖洗噪聲不適用累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲壓級(jí)測量法，其噪聲測試方法有待進(jìn)一步研究探討。

2.3 結(jié)果計(jì)算

2.3.1 計(jì)算公式

(1)

(2)

(3)

若ΔLPA(50)>10 dB，則無需進(jìn)行背景噪聲修正；若3 dB≤ΔLPA(50)≤10 dB，則按照式(4)進(jìn)行修正。

K1A=-101g(1-10-0.1ΔLPA(50))

(4)

(5)

A=α·SV

(6)

(7)

(8)

式中：

NM——半球測量表面?zhèn)髀暺魑恢脭?shù)目；

K1A——背景噪聲修正值，單位為分貝(dB(A))；

K2A——測試環(huán)境修正值，單位為分貝(dB(A))；

S——半球測量表面的面積，單位為平方米(m2)；

A——測試室內(nèi)1 kHz頻率處房間的等效吸聲面積，單位為平方米(m2)；

α——測試室房間表面的A計(jì)權(quán)平均吸聲系數(shù)，其數(shù)值范圍參見GB/T 3768-2017中表A.1；

SV——測試室房間邊界的總面積(墻、地板、天花板)，單位為平方米(m2)；

LW(50)——在測試地點(diǎn)氣象條件下，每個(gè)落地式或壁掛式陶瓷坐便器在正常沖水周期內(nèi)沖洗噪聲A計(jì)權(quán)聲功率級(jí)，單位為分貝(dB(A))；

S0=1 m2。

2.3.2 數(shù)值修約要求

坐便器沖洗噪聲和背景噪聲的A計(jì)權(quán)累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲壓級(jí)的測量結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位有效數(shù)字，其A計(jì)權(quán)累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲壓級(jí)平均值的計(jì)算結(jié)果四舍五入后取整數(shù)。A計(jì)權(quán)累計(jì)50%聲壓級(jí)的背景噪聲修正值及環(huán)境修正值的計(jì)算結(jié)果保留小數(shù)點(diǎn)后一位有效數(shù)字。

2.4 測量不確定度

測量不確定度是指利用可獲得的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負(fù)參數(shù)。測量中可能導(dǎo)致不確定的來源很多，一般來說主要原因是測量設(shè)備、測量人員、測量方法和被測對象的不完善引起的。本標(biāo)準(zhǔn)坐便器沖洗噪聲測量不確定度按照評定方法分為標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度。

2.4.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度

坐便器沖洗噪聲的標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來源于由坐便器樣品安裝及測試條件、測量復(fù)現(xiàn)性引起的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

(1)安裝及測試條件引起不確定度的標(biāo)準(zhǔn)偏差σomc。在0.14 MPa±0.01 MPa的試驗(yàn)靜壓力下，由同一位試驗(yàn)操作員使用同一臺(tái)聲級(jí)計(jì)，對測試室內(nèi)安裝在同一個(gè)位置處的同一件坐便器樣品沖洗噪聲的A計(jì)權(quán)累計(jì)百分?jǐn)?shù)聲壓級(jí)平均值進(jìn)行至少6次重復(fù)測量(每次測量前需重新安裝坐便器)，并對測量結(jié)果進(jìn)行背景噪聲修正。

標(biāo)準(zhǔn)偏差σomc按照式(9)計(jì)算，其上限值不大于2 dB。

(9)

式中：

LpA(50),j——第j次重復(fù)測量并經(jīng)背景噪聲修正后的坐便器沖洗噪聲A計(jì)權(quán)累計(jì)50%聲壓級(jí),單位為分貝(dB(A))；

LpA(50)av——LpA(50),j所有重復(fù)測量結(jié)果的算術(shù)平均值,單位為分貝(dB(A))。

(2)測量復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)偏差σR0。測量復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)偏差σR0包括測量方法、聲壓級(jí)測量的重復(fù)性、測量表面面積、背景噪聲修正、測試環(huán)境修正、氣象條件修正、聲級(jí)計(jì)性能、測點(diǎn)數(shù)目、聲發(fā)射方向與測量面法向之間的角度差、頻譜形狀和有調(diào)聲等不確定度分量，按照式(10)計(jì)算：

(10)

式中：

c1、c2、…、cn——各個(gè)不確定度分量的靈敏系數(shù)；

u1、u2、…、un——各個(gè)分量的不確定度，單位為分貝(dB(A))。

2.4.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uLWA

將上述各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uLWA，按照式(11)計(jì)算：

(11)

式中：

uLWA——聲功率級(jí)不確定度，單位為分貝(dB(A))；

σR0——測量復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)偏差，單位為分貝(dB(A))；

σomc——安裝及測試條件引起不確定度的標(biāo)準(zhǔn)偏差，單位為分貝(dB(A))。

2.4.3 擴(kuò)展不確定度U

坐便器沖洗噪聲的擴(kuò)展不確定度U按照式(12)計(jì)算：

U=ku(LWA)

(12)

式中：

U——擴(kuò)展不確定度, 單位為分貝(dB(A))；

k——包含因子，當(dāng)置信水平為95%時(shí)，k=1.6；

uLWA——合成不確定度，單位為分貝(dB(A))。

3 結(jié)語

文章綜合分析了坐便器沖洗噪聲國外標(biāo)準(zhǔn)和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的情況，對GB/T 38979-2020《衛(wèi)生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗(yàn)方法》的測試環(huán)境、儀器設(shè)備、樣品安裝、測試步驟、結(jié)果計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和測量不確定度等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析解讀。該標(biāo)準(zhǔn)的制定解決坐便器沖洗噪聲測量無標(biāo)可依問題，提升衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品整體質(zhì)量水平，加快了我國傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，同時(shí)為我國主導(dǎo)制定相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。