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作者:楊哲彰(2005-09-30);最近更新:黃冠穎(2008-12-30),李哲熙(2009-06-29);推薦:徐業良(2005-10-02)

防音護具聲衰減性能測試機台設計與使用說明

本文描述防音護具聲衰減性能測試機台之設計,並說明其使用方式。本機台之設計主要依據美國標準ANSI S3.19 “Method for the Measurement of Real-Ear Protection of Hearing Protectors and Physical Attenuation of Earmuffs”,並參考我國CNS 8454, T 2012「防音防護具」,與紐澳AS/NZS 1270:2002 “Acoustics-Hearing Protectors”以及歐洲BS EN352-1:2002 “Hearing Protectors-Safety requirements and testing”等標準,同時依據廠商之實際需求,進行細部的修改。本機台僅提供廠商於產品開發階段自行檢測產品之用,並不具有上市商品檢測之效力。

1.     系統架構與設計

本測試機台設計架構如圖1所示,主要設備包含電腦、音頻放大器、揚聲器、聲學試驗頭型、與音壓計等5項主要元件。測試訊號由電腦端播放,經音頻放大器進行訊號放大後由揚聲器發聲。聲學試驗頭型內含麥克風接收聲波,以麥克風延長線連接至音壓計,音壓計量測之即時音壓值傳送至電腦端,進行減衰減測試之訊號分析與後續報表儲存。

1. 測試機台系統架構

1.1 聲學試驗頭型

聲學試驗頭型(以下簡稱假頭)用於耳罩式防音護具,外形與尺寸依據ANSI S3.19 4.1.2.1之要求設計,材料則依據我國CNS8454 T2012標準,採用T6鋁合金材質。外觀與組裝方式如圖2所示,整個假頭由數個組件構成,頂部與兩側之零件86mm厚,硬度為20±5(Shore“00”)EVA泡棉,模擬真人頭部兩頰與頭頂皮膚之“人造肌肉”,而假頭側面的開孔則代表人耳之外耳道。依照合作廠商之要求,希望本測試機台能同時使用於耳罩式與耳塞式防音護具之測試,因此假頭設計上欲使用於耳塞式防音護具之量測時,可將原假頭中組件5卸下,裝上如圖3所示含耳塞套筒的組件即可。耳塞套筒的開孔孔徑尺寸依據CNS 8454 T2012 7.2節之規範,提供如表1所列10種開孔孔徑。

1. 耳塞套筒開孔徑尺寸

指定之尺寸

標準度量圓孔(mm)

公差±0.1mm

尺寸標示

5

5

6

6

7

7

8

8

9

9

10

10

11

11

12

12

13

13

14

14

 

 

 

 

 

 

 

 

       

2. 假頭外觀與組件爆炸圖(耳罩式)

3. 假頭用於耳塞式防音護具之裝配

如圖4所示,假頭內需裝設麥克風,透過轉接環將麥克風固定於零件3之開孔內,麥克風延長線則沿著零件3與零件4內部的溝槽拉出,外接於音壓計。假頭中麥克風延長線之溝槽需施以軟質泡棉或海棉填充,以維持內部良好的隔音效果。圖5為實際的聲學試驗頭型之實體組裝之情形,而聲學試驗頭型詳細工程圖將列於本文件附錄F

4. 假頭內麥克風裝設示意圖

5. 假頭實體組立裝配

1.2 音壓計

本測試機台音壓計採用群特科技(Center Technology Corp.)生產,型號為CENTER 321的音壓計,該款音壓計適用於IEC 651 TYPE 2ANSI S1.4 TYPE 2項標準規範,頻率加權特性提供A加權與C加權兩種模式。本機型具備AC/DC音壓訊號輸出,也具備RS-232訊號輸出,可將訊號傳輸至控制器或電腦處理。本機型麥克風為可分離式設計,因此麥克風可裝設於假頭內,麥克風延長線從假頭引出後,連接於此音壓計,而量測的音壓值則經由RS-232介面傳輸至電腦端進行處理。

6. CENTER 321 音壓計

1.3 測試訊號

本機台所需之測試訊號,噪音源係由SoundTechnology Spectra LAB432軟體取得,搭配DAL Delux DSP SoundCard音效卡輸出白噪音,再經由Brurl & Kjaer Type 1617 Band pass filter 濾波器濾波後取得。依據ANSI S3.19所述,具備中心頻率為125Hz250Hz315Hz400Hz500Hz800Hz630Hz1000Hz1250Hz1600Hz2000Hz2500Hz3150Hz4000Hz5000Hz6130Hz(6300Hz)8000Hz等頻帶,音頻特性完全符合IEC-60651以及ANSI S1.11之規範,而每頻帶時間長度為20秒。

1.4 揚聲器與音頻放大器

音頻放大器用以放大測試噪音訊號,並饋送至揚聲器發聲,依據ANSIS3.19-1974 3.1.1.2之規範,須提供最低125Hz1/3度中心頻率,因此整個音頻放大電路至少須具備100Hz10KHz平坦的頻率響應,對於所有的Hi-Fi音頻放大器而言,皆可滿足此規格。對於揚聲器之要求方面,一般品質的產品大多具備16KHz或更高的高頻響應,可輕易滿足頻率響應之要求,且其低頻響應可低於80Hz(-3dB)即可,因此本測試機台對於音頻放大器與揚聲器之規格要求並不嚴苛,採用一般泛用類型、品質優良的產品即可。音頻放大器之輸出功率每聲道至少RMS 50W(8Ohms),以滿足使用上以及驅動揚聲器的工作彈性。本防音護具聲衰減性能測試機台硬體零件表列於本文件附錄B

7. 音頻放大器(Usher Audio AU-7500)與揚聲器(Usher Audio V-9801)

1.5 電腦端軟體程式設計

電腦端軟體程式主要負責整個測試程序的控制,功能如下:

Ÿ         輸出測試噪音訊號

Ÿ         接收並紀錄來自音壓計的即時音壓數據

Ÿ         計算數據,或以圖形化方式輸出

8為軟體的介面設計,「即時數據」欄位可同步顯示來自音壓計的音壓數值,左側圓形燈號為數據接的狀態顯示,綠色燈號代表數據接收正常,紅色燈號則代表數據接收異常。狀態文字欄表示現在的系統狀態,如顯示“待機”表示目前軟體沒有進行量測的動作。因應廠商要求,軟體提供「ANSI」、「EN」與「AS/NZS」三種不同規則的測試選項,依所選取不同的測試選項對應不同的測試音頻進行插入損失之量測;「模擬真人法預測」模式則依據NRR標準公式,藉由插入損失之量測數據,估算出防音防護具的NRR值、SNR值、以及SLC80值;報表型式則配合廠商要求,依據不同的測試選項,輸出三種不同的版面編排,並非標準型式。「測試樣本」與「測試次數」則是因應廠商要求,統計不同測試樣品的編號與測試次數,匯入報表中以作區別

8. 軟體介面設計

本軟體設計提供17個噪音測試頻帶,因各個測試選項所需測試的音頻不同,為預防使用者搞混,選取不同測試選項,只顯示出該選項下正確的測試音頻讓使用者點選每個測試頻帶的聲衰減量測均為單獨進行。測試前須選擇噪音類型,預設噪音類型為粉紅噪音。點選可調整測試噪音播放的音壓,完成後接著點選測試噪音按鈕,如125Hz250Hz等,便可依照系統的操作程序提示訊息(如圖9)進行每個步驟的動作,完成該測試頻帶的插入損失量測。圖8中「衰減前」與「衰減後」欄位分別顯示配戴待測防音護具前後的音壓值,其差值顯示於「衰減結果一般模式」的對應欄位中,為該測試頻帶的插入損失;點選「清除」,系統會將相關數據清除。圖10總結說明軟體程式的操作流程。

9. 提示訊息

10. 軟體程式於一般模式的操作與系統流程圖

「模擬真人法預測」用於預測防音耳罩之NRR(Noise Reduction Rating)值。NRR是將主觀測試法測得的所有數據合成為單一數值,用以簡易地代表該防音防護具的防音性能。式(1)NRR值的標準計算式,詳細計算步驟列於附錄B

                         (1)

由於本防音護具聲衰減性能測試機台僅以客觀法測量插入損失,但是依據廠商之要求,希望此機台能提供NRR值的預測功能,因此本機台提供一個以插入損失為依據的NRR預測模式,操作者可由「NRR模式」進行插入損失量測,進而預測可能的NRR值,於程式中的計算方式如下:

  (2)

由式(2)可知,本機台的NRR預測需要dBC加權音壓以及衰減後的dBA音壓,標準差則以一般常見統計數據內定為3.5,藉由這些資料,便可預測NRR值。「快速NRR模式」也一併提供SNR以及SLC80的預測功能,由於SNR以及SLC80之計算與NRR類似,因此可從NRR結果進行修正得之。修正方式如式(3),防護係數a之選擇依據表2NRRSNR以及SLC80之計算與比較可參見附錄AD。圖11總結說明軟體程式於快速NRR模式下的操作流程。

                                                               (3)

2. 不同防護等級之防護係數

防護等級(performance in x%)

a

75

0.67

80

0.84

84

1.00

85

1.04

90

1.28

95

1.64

98

2.00

11. 軟體程式於快速NRR模式的操作與系統流程圖

2.     使用與操作流程

本節中詳細說明本測試機台使用與操作流程。

2.1 硬體裝置連接與軟體安裝

如圖12所示,整個測試機台硬體設備包含聲學試驗頭型、音壓計(含麥克風)、揚聲器、音頻擴大機與電腦等5項裝置。麥克風需加裝套環,置入聲學試驗頭型內,並以麥克風延長線與音壓計連接,最後音壓計再以RS-232傳輸線與電腦COM Port連接;電腦之音效輸出(Phone Jack f3.5mm立體音)連接至音頻擴大機訊號輸入端。

聲學試驗頭型裝設麥克風時需注意,若欲進行耳罩式防音護具的測試時,麥克風的頂面需與聲學試驗頭型側邊的EVA泡棉表面切齊,若欲進行耳塞式防音護具測試,則麥克風頂面需與側邊金屬面切齊,並依據待測耳塞之尺寸,選擇適當開孔尺寸之耳塞套筒後,安裝於假頭組件5上,圖13所示分別為耳罩式與耳塞式防音護具於假頭上的配戴情形。

將隨附的軟體依照指示安裝至電腦後,並分別將噪音檔案複製於硬碟C:\Test Noise”根目錄下。開啟軟體前須先開啟音壓計,圖14為軟體介面,其中「即時數據」欄顯示來自音壓計的即時讀數,即時數據若低於70dB數字呈現綠色,70-90dB呈現藍色,超過90dB則呈現紅色;一旁顯示綠色燈號,代表音壓計與電腦正常連接,且數據接收正常,若顯示紅色燈號,則表示數據接收異常。

12. 硬體裝置連接示意圖

13. 耳罩型(左)與耳塞型(右)防音護具之配戴

14. 軟體介面

測試空間檢測

測試前首先檢查聲場之均勻性,參考ANSI S3.19 3.1.1.3之規範,音壓於6個位置點的量測值(受測者不在場時,相對於受試者頭部中心,前後方10cm、左右方15cm、與上下方15cm6個位置),在各個頻帶聲音下須小於6dB的變動範圍內,且左右方兩點之音壓差值不得超過2dB。此時可轉動聲學試驗頭型,使麥克風朝向不同方向,檢視各個方向之音壓,若發現聲場之均勻性差異過大,可調整聲學試驗頭型或揚聲器之擺放位置,或調整空間中其他可能影響聲場均勻性之物件。

於空間中靜音狀態下,且電腦未輸出噪音訊號時,檢視「即時數據」之讀數,此數據即為環境背景噪音值。依據ANSI S3.19 4.1.1節之規範,在麥克風(拾音器)處每個測試頻帶之頻率音壓不得小於85dB(ref. 20mPa),且每個測試頻帶必須高於測試環境背景噪音至少60dB,因此操作者可自行估計後續播放噪音測試訊號時,所需要音壓。例如若環境背景噪音為45dB,則測試時播放的噪音訊號音壓至少需達105dB,操作者可由擴大機之輸出音量旋鈕,調整音壓大小。

2.3測試方式

選擇不同的測試選項,顯示不同的測試音頻按鍵供使用者點選,例如點選「ANSI」選項,測試音頻只顯示125Hz250Hz500Hz1000Hz2000Hz3150Hz4000Hz6300Hz8000Hz9個測試音頻,點選「EN」選項,測試音頻只顯示250Hz315Hz400Hz500Hz630Hz800Hz1000Hz1250Hz1600Hz2000Hz2500Hz3150Hz4000Hz5000Hz6300Hz8000Hz16個測試音頻,以此類推;程式系統以粉紅噪音為預設噪音訊號。使用者針對任意測試頻帶進行測試,進行測試之前必須先確認測試噪音的音壓,例如欲針對125Hz頻帶進行測試,首先點選125Hz左側的鈕,點選後出現250Hz等,程式會出現如圖15之操作程序提示,此步驟為調整測試噪音的音壓,按確定後系統會開始播放該頻帶的測試噪音,此時使用者可調整擴大機音量或電腦音效卡音量至適當音壓。

15. 操作程序提示(I)

待上一步驟確認完成測試噪音的音壓後,不要更動其音量,接下來出現圖16操作程序提示,此時假頭不要配戴上防音護具,點選確定後,開始播放測試噪音,軟體隨即開始量測,並將即時音壓值顯示於其「衰減前」文字欄內,測試噪音時間長度為20秒,待播放中止後,系統轉為靜音狀態,並於「衰減前」文字欄內顯示平均音壓值。

16. 操作程序提示(II)

接下來的操作程序提示(圖17)要求防音護具配戴於假頭上,點選確定後,軟體重複播放該測試噪音,並將即時音壓值顯示於其「衰減後」文字欄內,待20秒後中止,「衰減後」文字欄內顯示平均音壓值,並於「衰減結果」中對應的文字欄內顯示此測試的聲衰減結果(即插入損失)文字欄位中的數值將被清除,即可再重複執行上述操作,重新進行聲衰減量測。

17. 操作程序提示(II)

若使用者認為測試結果不妥,可點選清除,若測試結果合理,則點選右方「匯入」鍵,將測試結果存至報表中;請注意,每測完一組測試值(例如點選「ANSI」選項,測試音頻從125Hz8000Hz皆測試完畢),需點選一次「匯入」鍵;待使用者測試完所有音頻插入損失值與後,點選「測試結果輸出」可在不同測試選項下,輸出顯示每一筆測試頻帶下插入損失的值與對數平均值及標準差2

18為選擇「ANSI」選項,10個測試樣品(SUBJECT編號1~10),每個測試樣品共測試3組插入損失值,共30筆測試數據所輸出的報表型式。圖19為選擇「EN」選項,10個測試樣品(SUBJECT編號1~10),每個測試樣品共測試2組插入損失值,共20筆測試數據所輸出的報表型式。

18. 報表輸出結果

19. 報表輸出結果

2.4模擬真人法預測

「模擬真人法預測」用以預測待測防音護具的可能NRR,也可一併預測SNR以及SLC80。點選「模擬真人法預測」後,系統會將NRR的預測值顯示於衰減結果右側的「真人法預測結果」中的「NRR」欄位內,SNR98 以及SLC80 也一併顯示於相對應的欄位中,如圖20所示。點選「其它SNR可列出各個防護等級的SNRx值(圖21);若欲重新量測,可點選一旁的清除鍵後重複上述程序。待測完所有真人法預測結果後,按下「匯入」鍵將數據存入報表中紀錄。

20. 操作程序提示

21. SNR/SNR98/SLC80預測結果

2.5 存檔/列印

每個報表皆有「存檔」與「列印」等功能,待使用者輸入完所有測試數據之後,點選「列印」,可於下方欄位中選擇印表機輸出,如圖22所示。

22. 選擇印表機

點選「存檔」,系統會出現選擇存檔路進的畫面,使用者可依喜好選擇存檔路徑與名稱存入EXCEL檔,如圖23所示。

23. 存檔路徑

3. 測試機台之軟體設計

防音護具聲衰減測試軟體係以Visual Basic 6.0進行開發,用於測試不同音頻下防音護具之隔音效果。操作前需先將CENTER321音壓計連接至電腦中,以電腦播放特定音頻之聲響進行音量分貝值的擷取與儲存,比較佩戴防音護具前後之插入損失,進而評估防音護具之隔音效果。本章將說明如何以MSComm物件擷取CENTER321音壓計之即時分貝值,為後續防音護具聲衰減測式軟體建置之基礎工程。

 3.1軟體之操作流程

進行聲衰減測試前需先將CENTER321音壓計以RS232傳輸介面連接至電腦中,並開啟防音護具聲衰減性能測試軟體。如圖24所示,待程式左下角輸入連接埠名稱後接下連線鍵,電腦即不斷藉由RS232傳輸介面讀取CENTER321音壓計量測之即時分貝值,並在左側即時數據欄位加以顯示。以電腦播放特定音頻音效,並依左側即時數據為基準以人工調整方式將音效分貝值調校至適當區間內(高於環境音效60分貝),完畢後即可開始進行防音測試。播放該音效20秒中並每0.5秒記錄即時分貝值,待播放完畢後求得平均音量分貝值;接續戴上防音護具,並同樣執行上述步驟計算戴上防音護具後量測的平均分貝值。經由佩戴防音護具前後音量平均值的差異,計算出防音護具在該音頻下的防音效果,並於下方EN模式顯示。

24. 防音護具聲衰減性能測試軟體介面

3.2 音壓計之訊號擷取流程

測試軟體以Visual Basic 6.0MSComm物件進行CENTER321音壓計訊號的擷取,擷取前需針對MSComm諸多屬性進行設置,常見包含傳輸埠(CommPort)、以及傳輸配置(Setting)兩項次,以本文為例傳輸埠為例連接埠為COM10,而Setting9600,n,8,1模式,代表傳輸鮑率為9600Bps、資料傳輸為八位元而停止位元為高電位。本文以Timer來進行CENTER321音壓計訊號的擷取,透過每0.5秒對CENTER321送出{&H2, &H41, &H0, &H0, &H0, &H0, &H0, &3}指令並接收其回應位元組資訊,進而擷取出即時分貝值資訊。

25為實際Timer運作程式碼,當MSComm送出{&H2, &H41, &H0, &H0, &H0, &H0, &H0, &3}指令後,令變數indat接收CENTER321所回傳的位元組資訊,並判斷接收長度是否正確。當成功擷取15個位元組資訊時,第6(UH)以及第7(LH)位元組資訊(即右側倒數之第9以及第10組位元組資訊)即代表CENTER321音壓計所回傳之量測音量值,透過noise = ((256 * UH) + LH) / 10之轉換公式計算出實際噪音值,並利用Select Case函式依不同音量區間標註不同顏色顯示。

25. Timer擷取CENTER321訊號之程式碼

4.     系統測試

為驗證本測試機台的量測結果,以圖26所列之三款市售防音護具進行測試比對,分別進行插入損失量測以及NRR值估計。表3與表4Howard Leight Thunder293M 1270/1271款防音護具經由本測試機台測得的插入損失,其量測結果大致呈現噪音頻率愈高,衰減值越大之趨勢,符合一般防音護具之聲衰減特性,且單就插入損失之比較,耳塞式防音護具相較於耳罩式防音護具,可測得較高的插入損失值。此外,愈高測試噪音暴露之下,所測得的插入損失值將相對提高。本次試驗中,對於耳塞式防音護具而言,在高頻噪音測試下,耳塞的配戴(fit)差異將明顯影響插入損失,但對於低頻噪音則較不明顯。

26. 測試對照採用之市售防音護具(左至右:Howard Leight Thunder293M 1270/12713M 1100/1110

3. Howard Leight Thunder29 插入損失試驗

          Hz

125

250

500

1k

2k

3.15k

4k

6.3k

8k

1

20.3

35.1

40.2

42.2

40.2

35.5

30.0

36.9

41.7

2

19.1

35.4

39.5

41.6

35.0

37.7

24.4

37.9

40.6

3

22.4

35.8

39.9

34.2

37.2

37.6

25.0

38.2

39.4

標準差

1.67

0.35

0.35

4.46

2.61

1.24

3.07

0.68

1.15

原廠數據(dB)

24.7

29.8

35.5

38.5

37.9

39.6

39.6

41.9

42.3

4. 3M 1270/1271插入損失試驗

Hz

125

250

500

1k

2k

3.15k

4k

6.3k

8k

1

16.3

27.4

31.7

33.9

30.6

35.5

32.8

42.8

48.0

2

14.2

28.6

30.8

34.4

30.3

33.0

30.5

47.3

48.7

3

13.4

27.2

30.2

34.2

29.1

34.8

30.7

46.7

46.8

標準差

1.50

0.76

0.75

0.25

0.80

1.29

1.27

2.44

0.96

最後以本機台針對各防音護具之NRR值進行預測,數據結果列於表5。由於NRR值為須以主觀法測得,代表防音護具之真實防音性能,本機台之NRR計算乃以插入損失視為聲衰減值,加上系統預設的參數(標準差)進行評估,因此本NRR值預測項目僅作為測試人員參考之用。由表5之實測數據顯示,本機台預測之NRR值均較廠商提供數據略低,可視為較保守的估計,且每次預測之重現性佳。

5. 各防音護具之NRR預測

 

原廠NRR

1

2

3

標準差

Howard Leight Thunder29

29dB

25

26

26

0.57

3M 1100/1110

29dB

24

23

24

0.58

3M 1270/1271

25dB

24

23

21

1.53

5.     注意事項與疑難排除

5.1 設備的保養與維護

Ÿ         音壓計

音壓計於出廠前皆經過校正,於開始使用後建議每半年送回原廠校正,以確保量測結果之準確性。

Ÿ         揚聲器

揚聲器的套網外蓋可防止灰塵沾染,以及避免因碰撞而傷害單體,非必要時請勿拆下。操作環境盡量避免潮濕,以免造成單體振膜發霉或懸邊變質,影響使用壽命,且過於潮濕的作業環境,亦會造成揚聲器效率降低,增加音頻放大器之工作負擔。

Ÿ         音頻放大器(擴大機)

音頻放大器於未使用時其音量旋鈕建議轉至最低,以免使用時不預期的突發聲響造成揚聲器的損壞或傷害人員聽力。以高音量播放測試噪音時,需以漸進方式由低往高調整輸出音量至適當音壓準位後,再行測試,播放高頻噪音以及粉紅/白噪音時,需留意輸入揚聲器之功率,對於高音單體,過大的功率容易造成單體內的音圈燒毀。

Ÿ         聲學試驗頭型(假頭)

假頭兩側以及頂部的泡棉為消耗品,當出現損耗情形時應予以更換新品。假頭金屬部份盡量避免與其他物品接觸,以降低不必要的外部聲響藉由傳導性方式,造成假頭內部噪音提高之效應,影響量測結果。

5.2 常見問題

Ÿ         進行量測時,狀態燈號為正常(綠色),但即時數據沒有變化?

此情形代表軟體程式資料接收不正確,若於測試期間發生,可待操作程序提示視窗出現時,點選取消結束測試程序,或於測試程序完成後,點選清除重新量測。

Ÿ         量測結果普遍較一般情況偏低?

可能是假頭的組裝不確實,造成內部隔音過低所致,請檢查假頭個各組件是否確實緊鎖且安裝正確,並檢查兩側的EVA背膠泡棉是否破損,或是已翹曲變形。另一可能原因為測試音壓過低,需提高輸出之測試音量,相關規範可參考ANSI S3.19 4.1.1節之說明。

Ÿ         量測結果普遍較一般情況偏高?

這是可能的結果,因為插入損失僅代表該防音護具於高音壓暴露下所提供的聲衰減值,插入損失通常會高於以主觀法測得的聲衰減結果,且隨著頻率與暴露音壓之增加而提高。

Ÿ         本機台的NRR結果與插入損失為何有所差距?

防音護具的NRR值、SNR以及SLC80值須採主觀法才能測得,因此本機台的NRR值量測,是以插入損失為依據,藉由統計資料,概略推算可能的NRRSNRSLC80值,此預測值可能和實際的量測值存在差異,此結果僅供測試人員參考。

附錄A. APVfx

APVfx(Assumed Pressure Values)為特定八度頻帶下的聲衰減值,所有的防音性能指標如NRRSNRHML等的計算都必須使用APVfx。式(4)APVfx計算公式,為防音護具在八度頻帶f的平均衰減值,為其標準差。a為防護係數,表6為各個防護等級(performance level)下相對應的防護係數。SNR計算中,APVfx可採用不同的防護等級表示,而在NRR計算中,則使用APVf(98%)

                                                                                      (4)

6. 不同防護等級及其係數

防護等級(performance in x%)



75

0.67

80

0.84

84

1.00

85

1.04

90

1.28

95

1.64

98

2.00

附錄B. NRR說明與計算範例

NRR(Noise Reduction Rating)為代表防音護具防音性能的主要指標之ㄧ,其評估依據ANSI S3.19-1974, “American National Standard for the Measurement of Real-Ear Hearing Protectors Attenuation and Physical Attenuation of Earmuffs.”,所有在美國地區上市販售的防音護具,都必須依法標示出其NRR值。NRR的計算以式(5)求得,計算範例如下:

                         (5)

(1)   NRR計算時採用粉紅噪音為測試訊號,所有頻帶的測試訊號音壓準位假定為100dB,首先經過C加權修正後,將各頻帶參考表7以及式(6)之對數方式加成後,音壓值成為107.9dB(C)

  (6)

7. NRR計算列表(I)

頻率(Hz)

1.假定位準(dB)

2.C加權修正(dB)

3.衰減前音壓(1+2) dB(C)

4.加總 (dB)

125Hz

100

-.2

99.8

107.9

250Hz

100

0

100

500Hz

100

0

100

1kHz

100

0

100

2kHz

100

-.2

99.8

3.15kHz

100

 

99.8

4kHz

100

-.8

99.2

6.3kHz

100

 

99.2

8kHz

100

-3

97

(2)   接著再將原本的粉紅噪音以A加權修正後,求得如表86項所列各頻帶的dB(A)值:

8. NRR計算列表(II)

頻率(Hz)

1.假定位準(dB)

5.A加權修正(dB)

6.衰減前音壓(1+5) dB(A)

125Hz

100

-16.1

83.9

250Hz

100

-8.6

91.4

500Hz

100

-3.2

96.8

1kHz

100

0

100

2kHz

100

1.2

101.2

3.15kHz

100

1.0

101

4kHz

100

1.0

101

6.3kHz

100

1.0

101

8kHz

100

-1.1

98.9

(3)   將各頻帶的平均衰減值,以及所有受測者的標準差,以(平均衰減值-2倍標準差),得到表910項「APV98」所列數值:

9. NRR計算列表(III)

頻率(Hz)

7平均衰減值(dB)

8標準差(dB)

9標準差×2 (dB)

10APV98 (79) (dB)

125Hz

21

3.7

7.4

13.6

250Hz

22

3.3

6.6

15.4

500Hz

23

3.8

7.6

15.4

1kHz

29

4.7

9.4

19.6

2kHz

41

3.3

6.6

34.4

3.15kHz

43

3.3

6.7**

38.3

4kHz

47

3.4

6.7**

38.3

6.3kHz

41

6.1

6.7**

38.3

8kHz

36

6.5

12.6

25.9

(4)   將衰減前音壓(6)減去APV9810)後,再以式(5)之方式加總,得到12項之加總85.1dB之數值。最後再以4項減去12項,再減去3dB之不確定因素,得到,此結果四捨五入後為20dB,即為此待測防音防護具之NRR值(如表10)。NRR 20dB表示,在使用者於正確的配戴該防音護具之下,98%的情況下可以達到至少20dB的聲衰減效果。

10. NRR計算列表(IV)

頻率(Hz)

10APV98 (79) (dB)

11衰減後音壓(610) (dB)

12加總 (dB)

125Hz

13.6

70.3

85.1

250Hz

15.4

76

500Hz

15.4

81.4

1kHz

19.6

80.4

2kHz

34.4

66.8

3.15kHz

38.3

62.7

4kHz

38.3

62.7

6.3kHz

38.3

62.7

8kHz

25.9

73

 

附錄C. SNR說明與計算範例

多數歐洲國家採用SNR(Single Number Rating)來評估防音護具的防音性能,計算之規範依據遵行ISO 4869 2.2 (1992), “Estimation of Effective A-weighted Sound Pressure Levels When Hearing Protectors Are Worn.”SNRNRR相似,其計算式如下:

                                                 (7)

SNR採用粉紅噪音,噪音頻帶為63Hz125Hz250Hz500Hz1kHz2kHz4kHz、以及8kHz;在SNR的計算式(7)中,與NRR不同之處在於,第一項的dBC加權音壓準位由107.9dBC改為100dBC,並將最後的不確定因素去除。除此之外,NRR的防護等級(performance level)98%,即在APVfx中減去2倍標準差,而SNR可以採用如表1所列的不同防護等級表示,表11中的a即為標準差的權重值。

11. SNR的不同防護等級

防護等級(performance in x%)



75

0.67

80

0.84

84

1.00

85

1.04

90

1.28

95

1.64

98

2.00

接下來的步驟(表12至表14)為84%防護等級的SNR84計算範例,各個噪音頻帶假定音壓位準91.5dBC加權加總後為100dBC(表12)。

12. SNR計算(I)

頻率(Hz)

1.假定位準(dB)

2.C加權修正(dBC)

63

91.5

100

125

91.5

250

91.5

500

91.5

1k

91.5

2k

91.5

4k

91.5

8kHz

91.5

各個噪音頻帶經過A加權修正後,可得代表各個八度頻帶的A加權音壓(LAf),加總後可得98.5dBA(表13)。

13. SNR計算(II)

頻率(Hz)

3.假定位準(dB)

4.A加權修正

3+4.LAf  (dBA)

LA (A加權音壓) (dBA)

63

91.5

-26.2

65.3

98.5

125

91.5

-16.1

75.4

250

91.5

-8.6

82.9

500

91.5

-3.2

88.3

1k

91.5

0

91.5

2k

91.5

+1.2

92.7

4k

91.5

+1.0

92.5

8kHz

91.5

-1.1

90.4

將各個八度頻帶的LAf減去APVfx值,再加總後可得到78.4dBA,則最終的,四捨五入後為22dB,代表該防音護具在正確的配戴下,84%的情況可得到22dB的防音性能(表14)。

14. SNR計算(III)

頻率(Hz)

LAf (dBA)

APVf84

LAf APVf84

Log Sum (dBA)

63

65.3

4.1

61.2

78.4

125

75.4

6.4

69.0

250

82.9

10.8

72.1

500

88.3

15

73.3

1k

91.5

18.8

72.7

2k

92.7

22.4

70.3

4k

92.5

33.4

61.1

8kHz

90.4

28.9

61.5

附錄D. SLC80說明與計算範例

SLC80(Sound Pressure Level in 80% performance level)為澳洲紐西蘭標準AS/NZS 1270:2002 Acoustics-Hearing Protectors中,針對防音護具所採用的防音性能表示法,此表示法之計算與結果與SNR84極為類似。式(8)與表15為計算範例。

            (8)

頻率(Hz)

1:指定位準 (dBA)

2MSD (dB)

1+2衰減值 (dB)

125

71

6.1

64.9

250

81

8.4

72.6

500

89

15.1

73.9

1k

93

26.0

67.0

2k

95

34.2

60.8

4k

93

34.9

58.1

8kHz

86

24.3

61.7

15. SLC80計算(I)

 

 

 

 

 

 

附錄E. 防音護具聲衰減性能測試機台BOM

名稱

規格

圖示

數量

單價

小計

音頻放大器

AU-900(USHER)

1`

1

11,900

11,900

揚聲器

WS-AT200(RAMSA)

2`

1

17,000

17,000

音壓計

CENTER 321

3`

2

8,295

16,590

轉接頭

RCA立體轉接線

4`

1

40

40

音源線

雙頭(公頭)

5`

1

45

45

EVA泡棉

背膠6mm

6`

1

1,600

1,600

變壓器

110V200V

7`

1

1,500

1,500

雜項

簡易五金工具

 

 

 

200

名稱

規格

圖示

數量

材料

小計

聲學測試頭型

附錄E,本體

 

 

 

 

8`

1

T6鋁合金

 

附錄E,右耳罩

1

T6鋁合金

 

附錄E,左耳罩1

1

T6鋁合金

 

附錄E,左耳罩2

1

T6鋁合金

 

附錄E,底盤

1

T6鋁合金

 

附錄E,上柱

1

T6鋁合金

 

附錄E,頭柱1

1

T6鋁合金

 

附錄E, 頭柱2

1

T6鋁合金

 

附錄E,底柱

1

T6鋁合金

 

附錄E,mic ring

1

POM

 

附錄E,plugt

10

POM

 

小計

 

 

13,310

總計

68,185

附錄F. 聲學試驗頭型工程圖