GB/T 38979-2020《衛生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗方法》國家標準解讀*

張一函 王 博 劉小云 李文杰

(1 咸陽陶瓷研究設計院有限公司 陜西 咸陽 712000)

(2 唐山出入境檢驗檢疫局國家檢測重點實驗室 河北 唐山 063000)

在崇尚健康環保、倡導綠色生活的當代，消費者對衛浴陶瓷尤其是坐便器的品質要求日益嚴格。坐便器沖洗噪聲已成為評價坐便器質量的重要指標，衛浴行業紛紛將“靜音”、“超靜音”系列坐便器研制作為轉型發展的主攻方向。目前，國外在供水裝置和設備噪音監測方面已形成相應的實驗室試驗方法。ISO 3822-1-1999《Acoustics-Laboratory tests on noise emission from appliances and equipment used in water supply installations-Part1:Method of measurement》[1]標準規定了實驗室中測量供水裝置中使用的裝置和設備中水流產生的噪聲排放方法。但有關坐便器沖洗噪聲測量方面尚屬空白。

國家標準GB/T 6952-2015《衛生陶瓷》[2]雖明確規定了坐便器沖洗噪聲的允許限量L50≤55 dB、L10≤65 dB，但其指定的試驗方法標準GB/T 3768-2017《聲學 聲壓法測定噪聲源聲功率級 反射面上方采用包絡測量表面的簡易法》[3]僅能夠提供噪音檢測的一般原則，未對測試環境條件、儀器設備、測試方法步驟和結果數據處理等關鍵技術環節加以具體規定。因此，國內外尚無相關標準對坐便器沖洗噪聲測量方法有統一的規定。通過對河北、廣東、河南等國內主產地廣泛調研后發現，由于相關測試技術規范欠缺導致坐便器沖洗噪聲的實驗操作隨意性大、結果數據可比性差，不同實驗室的檢測方法、測試步驟和結果處理方式各異，使得坐便器沖洗噪聲難以準確定量驗證。同一坐便器樣品的檢測結果存在較大誤差，可達20%～40%以上。因此，測試方法的不統一影響著企業對新技術的推廣，制約著產業的進一步發展。國家標準GB/T 38979-2020《衛生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗方法》的發布實施解決坐便器沖洗噪聲無統一測試方法的問題。文章對國家標準GB/T 38979-2020《衛生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗方法》中的樣品安裝及定位、聲壓級測量、結果計算和測量不確定度進行了解讀。

1 標準概況

2016年，國辦發〔2016〕68號文印發了《消費品標準和質量提升規劃(2016-2020年)》，衛生陶瓷被列為質量提升的重點領域。坐便器沖洗噪聲試驗方法被列為2017年消費品專項項目。2020年7月21日，國家市場監督管理總局、國家標準委發布中華人民共和國國家標準公告(2020年第17號)，批準發布了GB/T 38979-2020《衛生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗方法》國家標準,并于2021年6月1日起正式實施。該國家標準的發布實施，推進衛生陶瓷新型標準體系建設，完善衛生陶瓷檢測方法標準體系。

2 標準內容分析

本標準共分為9章，規定了坐便器(不包含壓力式坐便器和智能坐便器)沖洗噪聲檢測的設施條件和測量儀器、樣品安裝調試、聲壓級測量、結果計算、測量不確定度和測試報告。主要內容分為4部分：樣品安裝及定位、聲壓級測量、結果計算和測量不確定度。

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沖洗水箱，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，應使用尺寸合適的法蘭將其排水方式由后排式調整為下排式)；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的試驗用水壓力下，連續保持15 min，進行連接密封性測試，連接管路應無泄漏，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管道，確保坐便器沖洗功能正常。

2.2 聲壓級測量

2.2.1 確定聲源基準體

利用空間直角坐標系確定聲源基準體的位置和尺寸。如圖1所示，以聲源基準體及其相鄰投影平面上的投影所組成箱體的中心作為坐標原點O，x和y軸分別與聲源基準體的長和寬平行。坐便器的水平長度為聲源基準體的長度l1；坐便器與沖洗水箱水平寬度的最大值為聲源基準體的寬度l2(對于壁掛式沖洗水箱、隱藏式沖洗水箱及內置式沖洗水箱的坐便器，以其水平寬度作為聲源基準體的寬度l2)。；坐便器的高度作為聲源基準體的高度l3。聲源基準體的特征尺寸d0為[(l1/2)2+(l2/2)2+l32]1/2。

圖1 聲源基準體尺寸

說明：

d0—聲源基準體的特征尺寸，單位為米(m)；

l1—聲源基準體的長度，單位為米(m)；

l2—聲源基準體的寬度，單位為米(m)；

l3—聲源基準體的高度，單位為米(m)；

O—坐標原點。

2.2.2 確定半球測量表面

標準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進行坐便器沖洗噪聲測試時，由于半球面較小的測量半徑對于聲學環境的要求相對不高，因此，在規劃半消音室時，不必采用大面積的空間，在一定程度上可降低成本。試驗所采用的半球測量表面與聲源基準體具有相同的空間直角坐標系。半球的球心是箱體的原點O，半球測量半徑r≥2d0。由于在坐便器沖洗過程中，其洗凈面上方聲強最大、前方次之、左方及右方弱之、后方噪聲強度最小，因此在實際測量時須利用噪聲源的指向性合理設置測點分布。相應的傳聲器位置如圖2所示，測點坐標見表1。

(a)立體圖

如果在4、5、6、10四個基本傳聲器的位置處測得的A計權聲壓級數值范圍(最高和最低聲壓級差)超過測點數目的2倍，則通過增加等尺寸單元面積設置附加傳聲器位置，圖中14、15、16、20則為附加傳聲器的位置。坐便器屬于一個大聲源，其噪聲僅僅通過聲源的一個很小局部向外輻射的一種產品，因此坐便器沖洗噪聲具有較強的指向性，95%以上的樣品均須增設附加傳聲器位置。為提高標準方法的統一性和規范性，將半球測量表面上傳聲器位置設定為上述4、5、6、10、14、15、16、20共8個點。表1所示的表面傳聲器位置坐標為相對坐標，即傳聲器位置的坐標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 半球測量表面傳聲器位置坐標

2.2.3 聲壓級測量步驟

(1)實驗人數的確定。除保留1個待測坐便器樣品及三腳架等必要實驗器具外，將測試室內其余物品全部搬離，實驗操作員不得超過2人，不得穿戴有明顯吸聲特性的衣物，其中1個人啟動沖水裝置，另外一個人進行聲頻信號采集；或者使用多通道聲分析儀進行聲頻信號的自動采集時，測試室內僅保留1名實驗人員完成坐便器樣品沖水裝置的啟動。

(2)聲源基準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聲源測量表面，根據樣品安裝方式確定聲源基準體的空間位置，計算各個測點坐標并記錄。根據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測點坐標進行定位；同時將三腳架移至該點位置處并將具備相關聲學性能的聲級計置于其頂部云臺，確保傳聲器的取向與其校準時聲波入射角相同并垂直指向測量表面。

(3)儀器設備性能要求。測量所用聲級計應符合GB/T 3785.1-2010中2型儀器要求，推薦使用1級儀器。每次試驗開始前，均使用符合GB/T 15173中1級準確度要求的聲級校準器在測量頻率為1 000 Hz，94 dB的點處對聲級計進行校準。

(4)噪聲測試室的聲學條件。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計權聲壓級平均值低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條件。

(5)試驗靜壓力和測量時段的確定。坐便器沖洗噪聲測試采用全沖模式，以一個完整的正常沖水周期作為聲級計聲頻信號采集的測量時段；并將試驗靜壓力設定為0.14 MPa±0.01 MPa(使用沖洗水箱等重力式沖水裝置)。對于使用壓力式沖水裝置的傳統坐便器和智能坐便器而言，在沖洗閥啟動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,由于聲頻信號采集時間過短，導致沖洗噪聲檢測結果普遍不合格。另外，目前智能坐便器市場規模不斷擴大，但受產業生產技術制約，無法兼顧用水效能與沖洗噪聲，且部分國內外企業采用的電機和水泵排水模式，使得沖水周期進一步縮短、排水噪聲進一步加劇。因此，使用壓力式沖水裝置的傳統坐便器和智能坐便器產品的沖洗噪聲不適用累計百分數聲壓級測量法，其噪聲測試方法有待進一步研究探討。

2.3 結果計算

2.3.1 計算公式

(1)

(2)

(3)

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

K1A=-101g(1-10-0.1ΔLPA(50))

(4)

(5)

A=α·SV

(6)

(7)

(8)

式中：

NM——半球測量表面傳聲器位置數目；

K1A——背景噪聲修正值，單位為分貝(dB(A))；

K2A——測試環境修正值，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計權平均吸聲系數，其數值范圍參見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)——在測試地點氣象條件下，每個落地式或壁掛式陶瓷坐便器在正常沖水周期內沖洗噪聲A計權聲功率級，單位為分貝(dB(A))；

S0=1 m2。

2.3.2 數值修約要求

坐便器沖洗噪聲和背景噪聲的A計權累計百分數聲壓級的測量結果保留小數點后一位有效數字，其A計權累計百分數聲壓級平均值的計算結果四舍五入后取整數。A計權累計50%聲壓級的背景噪聲修正值及環境修正值的計算結果保留小數點后一位有效數字。

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參數。測量中可能導致不確定的來源很多，一般來說主要原因是測量設備、測量人員、測量方法和被測對象的不完善引起的。本標準坐便器沖洗噪聲測量不確定度按照評定方法分為標準不確定度和擴展不確定度。

2.4.1 標準不確定度

坐便器沖洗噪聲的標準不確定度主要來源于由坐便器樣品安裝及測試條件、測量復現性引起的標準偏差。

(1)安裝及測試條件引起不確定度的標準偏差σomc。在0.14 MPa±0.01 MPa的試驗靜壓力下，由同一位試驗操作員使用同一臺聲級計，對測試室內安裝在同一個位置處的同一件坐便器樣品沖洗噪聲的A計權累計百分數聲壓級平均值進行至少6次重復測量(每次測量前需重新安裝坐便器)，并對測量結果進行背景噪聲修正。

標準偏差σomc按照式(9)計算，其上限值不大于2 dB。

(9)

式中：

LpA(50),j——第j次重復測量并經背景噪聲修正后的坐便器沖洗噪聲A計權累計50%聲壓級,單位為分貝(dB(A))；

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

(2)測量復現性標準偏差σR0。測量復現性標準偏差σR0包括測量方法、聲壓級測量的重復性、測量表面面積、背景噪聲修正、測試環境修正、氣象條件修正、聲級計性能、測點數目、聲發射方向與測量面法向之間的角度差、頻譜形狀和有調聲等不確定度分量，按照式(10)計算：

(10)

式中：

c1、c2、…、cn——各個不確定度分量的靈敏系數；

u1、u2、…、un——各個分量的不確定度，單位為分貝(dB(A))。

2.4.2 合成標準不確定度uLWA

將上述各個標準不確定度分量合成標準不確定度uLWA，按照式(11)計算：

(11)

式中：

uLWA——聲功率級不確定度，單位為分貝(dB(A))；

σR0——測量復現性標準偏差，單位為分貝(dB(A))；

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

2.4.3 擴展不確定度U

坐便器沖洗噪聲的擴展不確定度U按照式(12)計算：

U=ku(LWA)

(12)

式中：

U——擴展不確定度, 單位為分貝(dB(A))；

k——包含因子，當置信水平為95%時，k=1.6；

uLWA——合成不確定度，單位為分貝(dB(A))。

3 結語

文章綜合分析了坐便器沖洗噪聲國外標準和國內標準的情況，對GB/T 38979-2020《衛生潔具 坐便器沖洗噪聲試驗方法》的測試環境、儀器設備、樣品安裝、測試步驟、結果計算、數據處理和測量不確定度等關鍵技術環節進行了分析解讀。該標準的制定解決坐便器沖洗噪聲測量無標可依問題，提升衛生陶瓷產品整體質量水平，加快了我國傳統陶瓷產業轉型升級，同時為我國主導制定相關國際標準奠定堅實基礎。