YY 0709-2009中听觉报警信号声压级测试方法探讨

齐丽晶

国家食品药品监督管理局天津医疗器械质量监督检验中心，天津市，300384

0 引言

《YY0709-2009医用电气设备第 1-8部分：安全通用要求并列标准：通用要求，医用电气设备和医用电气系统中报警系统的测试和指南》，等同采用IEC60601-1-8:2003。标准[1，4]中的201.3.3.2听觉报警信号和信息信号的音量要求：“中优先级报警信号的声压级应不超过高优先级报警信号的声压级。若提供，低优先级报警信号的声压级应不超过中优先级报警信号的声压级。”该项要求也是众多IEC60601-1-8国外测试报告中详尽出具数据结果的测试项目。

为了让操作者利用听觉来识别不同级别的报警状态的发生，必须在背景噪音环境中能听得到，并且与其他声音有所区别，以避免过大报警音量会过度打扰或惊吓到人，过小不同级别音量差会让操作者区分不了紧急程度。标准资料性附录中推荐的不同级别的声压级差为6 dB，可接受的变化范围也仅为0～12 dB。然而，在实际测试过程发现，大部分被测设备的三个等级的报警信号的声压级没有明显的区别，那么，我们应采用何种测试方法才能将此要求比较准确的测试呢？下面我们通过对声学传播原理及声学相关测试标准的学习，分析了测试中可能存在问题及原因，并提出了具体的测试建议。

1 声学理论基础

声波是一种机械波，其在空间的传播具有波的反射、干涉等物理特性。由于声波会在墙壁、地面等介质处产生反射，而反射波和发射波之间又产生干涉而形成干涉条纹，因此在一个空旷的房间中放置一个持续发声的单频率声源，随着我们在房间内的缓慢走动，可以清晰的感受到声音的强弱变化。在仅考虑地面反射而产生干涉的简化条件下，在理论上给出了这种干涉条纹的空间分布，如图1和图2所示。

图1显示的是在水平方向上随着离声源距离的变化而产生的干涉图样。图2显示的是在离声源1 m时垂直方向上随着离地面距离的变化而产生的干涉图样。需要注意的是，这些分析仅是对于频率为1 kHz的单频声波进行的。不同频率的声波的干涉距离并不相同，一般来讲频率越小的声波干涉距离越长。

图1 声压级随水平距离的变化（声源为1 kHz的单频声源）Fig.1 Variation in Sound level pressure from the source(source is 1 kHz sine wave）

2 标准测试方法研究

图2 声压级随地面高度的变化（声源为1 kHz的单频声源）Fig.2 Variation in Sound level pressure from the floor（source is 1kHz sine wave）

YY 0709-2009标准中报警信号声压级测试方法为：把一个满足IEC 60651中1类设备要求的声级计麦克风调至最大声压级，并将其放置在通过带有听觉报警信号发生装置的设备前方“几何中心的水平面上”的距离为1 m或操作者的位置。使用声级计的频率加权特征A和时间加权特征F测量。当指示的声压级是按IEC 60651-2001第7章来修正脉冲群或测试用于测量的连续脉冲[3]。按GB/T 3767规定测量一个自由场上的放射平面。A加权的背景额外噪声的级别，包括任何信息信号，在整个测试过程中至少要低10 dB。

在实际检测过程中，容易在测试位置的选择上存在一些误解，从而带来以下两个问题：

问题1：从标准中“设备前方‘几何中心的水平面上’的距离为1 m”这句话来看似乎仅在一个固定的高度上进行测试即可。但由图2可知，声波的声压级在垂直方向上的变化要明显大于在水平方向上的变化，也就是说测试高度只需变化数cm，声压级就可能变化5 dB以上。又由于通常高、中、低级别报警的声压级相差不会太大，标准推荐值也仅在6 dB左右。这将有可能会带来测试上的误判。其实标准中还提到测试位置为“或操作者的位置”，而操作者所在位置的高度是一个范围，并不是一个固定的高度。

问题2：在实际测试过程中容易仅从一个水平方向上固定的距离对听觉报警进行测试，但由GB/T 3767标准可知，由于墙体等障碍物影响而产生额外的干涉，在不同的水平方向相同的距离所测的声压级并不相同。

3 改进的测试方案

针对第一个问题，通过增加不同高度上的测试点来减少垂直方向上干涉对测试带来的影响。考虑到人耳的高度，可以采用在离地面50 cm～1.7 m的范围内进行测量的简化方案。针对第二个问题，通过增加在不同方向上的测试，来减少“带有听觉报警信号发生装置的设备前方几何中心”位置选取要求的影响。具体测试方案有两种可选择。

方案一：在设备的前、后、左、右四个方向上的1 m处分别缓慢上下移动声级计，记录在50 cm～1.7 m范围内的最大声压级。之后，取四个声压级的平均值作为测试结果。这是一种简化的近似测试方案，考虑到YY0709-2009标准中的要求比较高、中、低三种报警声压级的相对大小，这种方案就相对抵消了干涉和外壳谐振带来的影响，操作简单，理论上可以接受。

方案二：先测试报警声音的主要频率值，再计算并绘制出该频率所对应的干涉图样，参考GB/T 3767的测试方法，根据不同的设备形状选取不同的包络测试面，在测试面上进行多点测试；再将环境因素及背景噪声因素考虑进去，得到相对准确的测试结果。这种测试方法能比较准确的得到所需测试的声压级，但是计算及实验布置将非常复杂，相对方案一，理论性强，操作繁琐。

不管采用哪种方案进行测试，还应注意：

(1) 人体也会对声波产生反射，从而带来额外的干涉。试验表明，在对1 kHz声波进行测试时会带来高达5 dB的声压级波动。因此应尽量采取远程测量的实验方案，即将声级计挂置于可调节高度的测试升降杆，适量选取50 cm～1.7 m范围内多个测试点。

(2) 由于多余的墙体或物体会对声波产生额外的干涉，在测试时应将被测设备尽量远离墙体及其他物体，避免干涉对测试的影响。

(3) 由于声压级（SPL）是由声压（P）通过换算而来[5]，因此在进行声压级平均计算时，准确的做法是将所测声压级换算为声压后取平均，再将平均后的声压换算为声压级，而不是直接对声压级进行平均。

4 结论

根据YY0709-2009标准中的要求，高级别报警的声压级宜比中级别报警大致高6 dB，中级别报警可比低级别报警高6 dB以内。由于所要测试的声压级差值较小，因此测试方法的选择就显得尤为重要。本文介绍的方法较好的消除了各种情况带来的测试影响，保证了测试的准确性和可重复性。

[1]YY0709-2009 医用电气设备 第1-8部分:安全通用要求 并列标准:通用要求 医用电气设备和医用电气系统中报警系统的测试和指南[S].

[2] McNeer RR,Bohórquez J,Ozdamar O,et al.A new paradigm for the design of audible alarms that convey urgency information,J Clin Monit Comput,2007,21(6):353-363.

[3] IEC 60651-2001 sound level meters edition 1.2;edition 1:1979 consolidated with amendments 1:1993 and 2:2000[S].

[4]IEC 60601-1-8:2006 Medical electrical equipment-part 1-8:general requirements for basic safety and essential performance -collateral standard:general requirements,tests and guidance for alarm systems in medical electrical equipment and medical electrical systems[S].

[5] 吴大猷.现代声学理论基础[M].北京:科学出版社,2004.