張一函 王 博 劉小云 李文杰

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

(2 唐山出入境檢驗(yàn)檢疫局國(guó)家檢測(cè)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(duì)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(píng)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(guó)外在供水裝置和設(shè)備噪音監(jiān)測(cè)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(cè)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(cè)量方面尚屬空白。

國(guó)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(cè)定噪聲源聲功率級(jí) 反射面上方采用包絡(luò)測(cè)量表面的簡(jiǎn)易法》[3]僅能夠提供噪音檢測(cè)的一般原則，未對(duì)測(cè)試環(huán)境條件、儀器設(shè)備、測(cè)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(guó)內(nèi)外尚無(wú)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)坐便器沖洗噪聲測(cè)量方法有統(tǒng)一的規(guī)定。通過(guò)對(duì)河北、廣東、河南等國(guó)內(nèi)主產(chǎn)地廣泛調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，由于相關(guān)測(cè)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(cè)方法、測(cè)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(cè)結(jié)果存在較大誤差，可達(dá)20%～40%以上。因此，測(cè)試方法的不統(tǒng)一影響著企業(yè)對(duì)新技術(shù)的推廣，制約著產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。國(guó)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(wú)統(tǒng)一測(cè)試方法的問(wèn)題。文章對(duì)國(guó)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(cè)量、結(jié)果計(jì)算和測(cè)量不確定度進(jìn)行了解讀。

1 標(biāo)準(zhǔn)概況

2016年，國(guó)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(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委發(fā)布中華人民共和國(guó)國(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并于2021年6月1日起正式實(shí)施。該國(guó)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(cè)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(cè)的設(shè)施條件和測(cè)量?jī)x器、樣品安裝調(diào)試、聲壓級(jí)測(cè)量、結(jié)果計(jì)算、測(cè)量不確定度和測(cè)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(cè)量、結(jié)果計(jì)算和測(cè)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(duì)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(guò)程需要。將待測(cè)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(cè)試，連接管路應(yīng)無(wú)泄漏，以確保坐便器和沖水裝置有良好的密封性。

待測(cè)坐便器安裝不靠近任何一面墻壁，待測(cè)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(cè)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(zhǎng)和寬平行。坐便器的水平長(zhǎng)度為聲源基準(zhǔn)體的長(zhǎng)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(duì)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(shuō)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(zhǎng)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(cè)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(cè)量表面模型，其中平行六面體更適合較長(zhǎng)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(cè)試時(shí)，由于半球面較小的測(cè)量半徑對(duì)于聲學(xué)環(huán)境的要求相對(duì)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(cè)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(cè)量半徑r≥2d0。由于在坐便器沖洗過(guò)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(cè)量時(shí)須利用噪聲源的指向性合理設(shè)置測(cè)點(diǎn)分布。相應(yīng)的傳聲器位置如圖2所示，測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)見(jiàn)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(cè)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(guò)測(cè)點(diǎn)數(shù)目的2倍，則通過(guò)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(guò)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(cè)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(duì)坐標(biāo)，即傳聲器位置的坐標(biāo)與半球測(cè)量半徑的比值。附加傳聲器的位置為基本傳聲器相對(duì)面的投影位置。

表1 半球測(cè)量表面?zhèn)髀暺魑恢米鴺?biāo)

2.2.3 聲壓級(jí)測(cè)量步驟

(1)實(shí)驗(yàn)人數(shù)的確定。除保留1個(gè)待測(cè)坐便器樣品及三腳架等必要實(shí)驗(yàn)器具外，將測(cè)試室內(nèi)其余物品全部搬離，實(shí)驗(yàn)操作員不得超過(guò)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(cè)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(cè)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(cè)點(diǎn)坐標(biāo)并記錄。根據(jù)所選用半球測(cè)量表面的傳聲器位置陣列，用鋼直尺和直角尺對(duì)各個(gè)測(cè)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(cè)量表面。

(3)儀器設(shè)備性能要求。測(cè)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(kāi)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(cè)量頻率為1 000 Hz，94 dB的點(diǎn)處對(duì)聲級(jí)計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)。

(4)噪聲測(cè)試室的聲學(xué)條件。坐便器沖洗噪聲測(cè)試室可以為半消音室或剛性壁面室，半球測(cè)量面上背景噪聲比待測(cè)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(chǎng)的聲學(xué)條件。

(5)試驗(yàn)靜壓力和測(cè)量時(shí)段的確定。坐便器沖洗噪聲測(cè)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(cè)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(duì)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(guò)短，導(dǎo)致沖洗噪聲檢測(cè)結(jié)果普遍不合格。另外，目前智能坐便器市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，但受產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)制約，無(wú)法兼顧用水效能與沖洗噪聲，且部分國(guó)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(cè)量法，其噪聲測(cè)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(wú)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(cè)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(cè)試環(huán)境修正值，單位為分貝(dB(A))；

S——半球測(cè)量表面的面積，單位為平方米(m2)；

A——測(cè)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(cè)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(jiàn)GB/T 3768-2017中表A.1；

SV——測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量不確定度

測(cè)量不確定度是指利用可獲得的信息，表征賦予被測(cè)量量值分散性的非負(fù)參數(shù)。測(cè)量中可能導(dǎo)致不確定的來(lái)源很多，一般來(lái)說(shuō)主要原因是測(cè)量設(shè)備、測(cè)量人員、測(cè)量方法和被測(cè)對(duì)象的不完善引起的。本標(biāo)準(zhǔn)坐便器沖洗噪聲測(cè)量不確定度按照評(píng)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(lái)源于由坐便器樣品安裝及測(cè)試條件、測(cè)量復(fù)現(xiàn)性引起的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

(1)安裝及測(cè)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(duì)測(cè)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(cè)量(每次測(cè)量前需重新安裝坐便器)，并對(duì)測(cè)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(cè)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(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值,單位為分貝(dB(A))。

(2)測(cè)量復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)偏差σR0。測(cè)量復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)偏差σR0包括測(cè)量方法、聲壓級(jí)測(cè)量的重復(fù)性、測(cè)量表面面積、背景噪聲修正、測(cè)試環(huán)境修正、氣象條件修正、聲級(jí)計(jì)性能、測(cè)點(diǎn)數(shù)目、聲發(fā)射方向與測(cè)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(cè)量復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)偏差，單位為分貝(dB(A))；

σomc——安裝及測(cè)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(yǔ)

文章綜合分析了坐便器沖洗噪聲國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的情況，對(duì)GB/T 38979-2020《衛(wèi)生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗(yàn)方法》的測(cè)試環(huán)境、儀器設(shè)備、樣品安裝、測(cè)試步驟、結(jié)果計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和測(cè)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(cè)量無(wú)標(biāo)可依問(wèn)題，提升衛(wèi)生陶瓷產(chǎn)品整體質(zhì)量水平，加快了我國(guó)傳統(tǒng)陶瓷產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，同時(shí)為我國(guó)主導(dǎo)制定相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。