缝制设备的噪声测试方法及评价标准

 摘 要：文章通过对缝制设备噪声测试方法的研究，介绍了ISO 10821标准与行业标准在方法及评价标准上的差异，并以声功率级的测试结果进行分析对比，以探讨如何建立更科学、合理的噪声评价体系。

1 引言

声音来源于振动，发声体的机械振动在弹性媒质（空气）中传播形成了声波。

凡引起人烦躁或音量过强而危害人体健康的声音被称为噪声。从环保的角度出发，凡是影响人们正常学习、工作和休息的声音或人们在某些场合“不需要的声音”，都统称为噪声。

缝制设备在运转时，部件间的摩擦、撞击或非平衡力，使机械部件和壳体产生振动而辐射噪声，并几乎包含了机械噪声声源的所有三种类型。

1.1 机械性噪声：

由机件撞击、固体振动产生，如齿轮、轴承和壳体等振动产生的噪声。

1.2 空气动力性噪声：

由气体振动产生，如压缩空气、气缸运动等产生的噪声。

1.3 电磁性噪声：

由电磁振动产生，如电动机产生的噪声。

噪声是评价缝制设备质量的重要指标之一，综合体现了产品的设计和制造水平。过大的机械噪声不仅容易使缝纫工产生疲劳，危害生理和心理健康，还直接导致产品的磨损加速、缩短其使用寿命。

随着世界各国环境保护及对劳动者人性化关怀的理念日益深入人心，对缝制设备的操作舒适性和噪声控制的要求越来越严格。选择更加科学、合理的噪声测试方法及评价标准，对于缝制设备产品质量的提升显得尤为重要。

2 我国缝制设备噪声测试方法的演变历程

我国缝制设备的噪声测试起始于1961年，国家轻工业部发布了部标准QB156-61《JA、JB型家用缝纫机》，*次引进了“运转声响”的要求。当时可能受到测试技术和仪器设备的限制，选用“毫伏”作为质量指标，测试采用一种用于广播、扩音系统的动圈式传声器，将声压转换为电信号，以毫伏计测试其输出信号的强弱。

这是一种间接的模拟测试方法，用“毫伏”作为噪声评价指标，无法溯源到国家计量基准。当时作为噪声测试比对的基准，仅为原上海协昌缝纫机厂收藏的一台日本原产“兄弟”牌家用缝纫机。用样机作为标准声源，其测量不确定度可想而知。

由于人耳对声音强弱的感觉，不仅与声压有关，而且与频率有关。而“毫伏”作为电压的计量单位，无法对被测声源进行频率计权，不能较好地反映人对噪声的主观感觉，也不能与行业外进行交流对比，这种测试方法在行业内一直饱受争议。

1980年，家用缝纫机的噪声测试改用声压级，以A计权声压级作为噪声评价的指标，从此，缝制设备的噪声测试开始逐步正规化。二十世纪九十年代，国家标准GB/T 14255-1993《家用缝纫机机头 噪声声功率级的测试方法》发布，随后国家行业标准QB/T 2043-1994《家用缝纫机 直线缝锁式线迹缝纫机机头》直接引用了噪声声功率级的测试方法，普通家用缝纫机的噪声测试由声压级改为声功率级，测试方法和评价标准更加科学、合理。

工业缝纫机在历*曾参照家用缝纫机，采用“毫伏”作为噪声的质量指标。二十世纪八十年代，国内一些生产企业纷纷引进日本的工业缝纫机生产技术和设备，噪声测试也开始按照日本工业标准的方法改用声压级。1991年，参照日本工业标准JIS B9064-86制订的中国国家行业标准QB/T 1177-1991《工业缝纫机 噪声级的测试方法》发布，工业缝纫机的噪声测试有了统一的方法标准。目前在我国缝制设备的产品标准体系内，工业缝纫机的运转噪声均以A计权声压级作为标准值，并采用QB/T 1177所规定的试验方法。

二十世纪末，英国标准化组织向标准化组织（ISO）提交了英国标准《工业用缝纫机——缝纫机、缝制单元和缝制系统的安全要求》作为标准草案。标准化组织缝纫机技术委员会（ISO/TC148）在广泛征求意见及协商、修改的基础上，2005年将该标准草案提交各成员国表决，全国缝制机械标准化技术委员会（SAC/TC152）代表中国投了赞成票。同年，ISO 10821:2005《工业用缝纫机——缝纫机、缝制单元和缝制系统的安全要求》正式发布，2009年ISO发布了该标准的第1号修正案。2010年等同采用ISO 10821:2005+Amd.1:2009的中国强制性国家标准《工业用缝纫机——缝纫机、缝制单元和缝制系统的安全要求》由全国缝制机械标准化技术委员会制订完成并上报*。

ISO 10821标准（以下简称标准）对噪声的控制和测试方法给予了足够的关注，标准的英文版正文共76页，涉及到噪声的内容就有20页，占了总篇幅的26.3%；其中附录C《噪声测试规范》就有足足15页。Amd.1:2009修正案共15条，涉及到噪声的内容就有10页，占了总数的66.7%。

标准与我国现行的缝制设备行业标准在噪声测试方法及评价标准上存在着巨大差异，《工业用缝纫机——缝纫机、缝制单元和缝制系统的安全要求》作为国家标准一旦发布实施，缝制设备产品的运转噪声就必须按照强制性国家标准规定的方法进行测试和评价，我们绝大部分工业缝纫机产品标准的质量指标需要重新验证设定，标准体系可能面临重大调整。

3 标准与现行行业标准的差异

标准与我国现行的缝制设备行业标准在噪声测试方法及评价标准上的主要差异大致可归纳为以下几点：

3.1 变空载运行为负载运行

行业标准规定在噪声测试时，采用的是空载运行模式，而标准却规定测试时需要带有缝料，使用密度为每平方米250g，zui大宽度为100毫米的梭织布料，缝料层数根据针柄直径的大小而不同。

采用空载运行测试，其工作模式*不符合实际使用状态，难以准确反映被测产品的真实质量水平。实验证明，空载运行和负载运行时噪声值的变化量，在很大程度上体现了产品的质量差异。

3.2 引进声功率级的测试方法

标准规定，当产品的连续等效A计权声压级（LpA）超过80分贝时，应以A计权声功率级LWA来标示，而行业标准却只考核A计权声压级。

噪声声功率是表述噪声源自身固有特性的物理量，对于一个特定的声源，声功率是不变的，而声压级会随着测试点位置的变化而改变。

3.3 由单一运行模式向全面、综合模式延伸

行业标准主要参照的是1986年发布的日本工业标准，在新产品、新品种层出不穷的今天显得难以适应。对可编程的特种缝制设备在噪声测试时的运行模式没有详细规定；对具有附加装置及多个装置、电动机的机种缺乏综合的测试方法。例如：自动剪线平缝机目前已经逐步替代普通高速平缝机，成为平缝缝纫的主流机种，但在噪声测试时，却没有考虑加固缝和剪线这些zui基本的使用功能，剪线机构、倒缝机构及相关电磁铁所发出的噪声均未被列入测试范围，测试结果与实际使用相脱节。

而标准则规定噪声测试时，所有的装置和电动机都应按说明书中的要求运转；如果被测产品是可编程的，运转模式应包括所有可能的送料方向、针距及针数；附加装置应在测试时处于运行状态。

3.4 增加了测量不确定度的要求

行业标准中没有测量不确定度的概念，从测试结果中无法得知数据的可信性程度，而标准则明确噪声测试值必须包含测量不确定度。

测试不确定度概念的引进，对测试仪器精度、测试环境、测试人员技术水平都提出了很高的要求。必须将重复性标准偏差——即对同一被测产品在相同实验室、操作者和仪器设备条件下，在短时间内重复测试和再现性标准偏差——在不同时间、不同实验室、操作者和仪器设备条件下，使用相同的测试方法对同一被测产品得到的标准偏差控制在理想的范围内。

这些差异在一定程度上颠覆了我们*以来参照日本标准而形成的噪声测试领域的传统思维模式，迫使我们去思考怎样才能使缝制设备的噪声测试和评价更加科学、合理。

4 噪声测试和评价怎样才能更加科学合理

我们知道，声波在传播过程中，空气中任一点附近的质点由于声波作用，形成一系列压缩和稀疏交替变化，因而压力也相应地发生强、弱变化。当空气中有声波传播时，某一位置上的压力增值（均方根值）称作该点的有效声压，通常称为声压。

由于人体听觉系统对声音强弱的反应是成对数比例关系变化的，在声学上引入了“声压级”的概念。

声压级是指声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20（公式1），以分贝（dB）为单位，其中基准声压为2×10-5Pa。

LP=20lg（p/p0）………………………………………………（1）

式中：LP为声压级、p为被测声压（有效值）、p0为基准声压。

基准声压是正常人耳能感觉到1 000赫兹纯音的zui低声压值，低于这一声压值，正常人的耳朵便不能感觉到声音的存在。如果被测声压等于基准声压，声压级即为0分贝。

在特定频率范围（20赫兹 ～20 000赫兹）内的声波，可使人耳产生听觉，低于20赫兹的声波称为次声波，高于20 000赫兹的声波称为超声波，人耳一般感受不到。

但人耳对声音强度的主观感觉与实际声压级的大小并不一致，声压级相同，频率不同的声音，听起来响亮程度是不相同的。为了把客观存在的物理量与人耳的感觉统一起来，声学领域引进了综合声音强度的量度单位——响度级，单位为“方”（phon）。

国家标准GB/T 4963-2007/ISO 226：2003《声学 标准等响度级曲线》将“响度级”定义为“等于根据听力正常的听者判断为等响的1 000Hz纯音的声压级”，并建立了典型听者认为响度相同的纯音的声压级与频率关系的“纯音标准等响度级曲线”（图1）。
从图上可以看出，人的耳朵对高频尤其是2 000赫兹 ～4 000赫兹之间的声波特别敏感，而对低频声波比较迟钝，以40方响度级为例，对应于1 000赫兹的纯音，声压级是40分贝；3 150赫兹时为35.6分贝；100赫兹时为64.4分贝；31.5赫兹时为88.2分贝。也就是说，人们对于31.5赫兹时声压级为88.2分贝的低频声与3 150赫兹时声压级为35.6分贝的高频声，主观感觉到的声音响亮程度是一致的。

在噪声的测试和评价中，有必要考虑声音的客观量度与人的主观感觉之间的关系。为了能用仪器直接测出反映人对噪声的响度感觉，在声级计内把电信号中的不同频率按人的主观感觉进行修正，这种修正方法称为频率计权，实现这种频率计权的网络一般有A、B、C三种。通过计权网络测得的声压级，称为计权声压级。由于A计权声压级的特性曲线接近于人耳的感观特性，目前在噪声、特别是环境噪声测试中应用，许多与噪声有关的国家标准都以A计权声压级作为指标，我国现行的缝制设备行业标准也以A计权声压级作为噪声的评价指标。

A计权声压级（LpA）虽然在环境噪声的测试和评价被广泛采用，但用于机器、设备的噪声测试却并不十分理想。

以缝制设备为例，A计权声压级的测试点是模拟缝纫操作工耳朵的位置设定的，行业标准QB/T 1177-1991《工业缝纫机 噪声级的测试方法》规定的测试位置为：“传声器端面轴线应对准针板孔和针板平面成45°夹角，且通过针杆中心的平面，并垂直于主轴轴线”（图2）。
对于不同的被测对象，其辐射噪声的指向性各不相同，考虑到声级计传声器的指向性误差，在该点上测得的结果往往并不是zui大值。尽管在这个测试点上，如实地反映了该台设备操作工的主观感受，但是工业用缝制设备在服装生产车间不是单台工作的，每一台缝制设备在工作时还影响着附近的其他操作工；其次，A计权声压级是随着测试点位置的变化而改变的，不同的测试距离会导致不同的测试结果，这就需要对缝制设备噪声的总能量进行测试和描述。

声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某面积的声能量。对于一定的声源，声功率是不变的，它能准确描述机械设备的噪声能量。

声功率级是指声功率与基准声功率之比的以10为底的对数乘以10（见公式2），以分贝（dB）为单位，基准声功率为1pW。

Lw=10lg（W/W0）………………………………………………（2）

式中：Lw为声功率级、W为被测声功率、W0为基准声功率。

与声压级一样，采用A计权网络方法得到的声功率级称为A计权声功率级（LwA）。

由于声功率能够反映声源辐射出能量的大小，在声学分析和噪声控制方面具有*的优势，目前许多机电设备采用声功率级作为噪声评价的标准。