沙發座墊海綿壓陷硬度對舒適性的影響研究

■王蒙蒙 Wang Mengmeng

(南京林業大學家具與工業設計學院，江蘇南京 210037）

沙發作為室內不可缺少的軟體坐具，與人們日常的工作和生活有著密不可分的關系[1]。坐感舒適的沙發可以為人們提供更好的使用體驗。影響沙發座墊舒適度最直接的因素是其材料的選擇與搭配，即沙發座墊的墊層特性。

不同的選料與搭配會直接影響到沙發座墊的物理特性及視覺特性[2]，從而影響人們的坐感。因此，對沙發座墊材料的選擇及搭配方式進行研究尤為重要。一般沙發的墊層材料主要由覆面材料、海綿等填充材料以及底架彈性材料等組成[3]。2012年發布的《軟體家具沙發》標準中,對沙發的覆面材料和填充材料的物理特性作了相關的規定,但僅對填充材料海綿的表面密度、回彈性能以及壓縮永久變形等予以限定[4]，并未對海綿的壓陷硬度予以規定。

因為沙發軟硬度是影響沙發舒適度的最重要因素[5]，因此本文從市場上常見的兩層海綿形式的沙發座墊入手，采用最普遍和廣泛的體壓分布測試與主觀舒適性評價相結合的研究方法[6]，分析了中層海綿的壓陷硬度對坐姿舒適性的影響，為提高沙發座墊舒適度提供科依據。

1 實驗方法

1.1 實驗對象

1.1.1 實驗用沙發座墊

選取市面上沙發座墊常見的兩層海綿結構配置方式,底層采用蛇簧和繃帶交叉組合的形式固定不變。海綿層由兩層海綿組成，表層海綿采用25%壓陷硬度為60N的海綿X，厚度為3cm，中層分別選取回彈力相當，差值控制在5%以內的六種海綿A、B、C、D、E、F ，25%壓陷硬度依次為60N、70N、85N、110N、125N、165N，厚度均為12cm。

1.1.2 受試者

12名大學生，其中6名女性，6名男性，均屬于正常的身體質量指數（BMI）范圍18.5～23.9之間，年齡(23±3)歲，身體健康,實驗前24小時未進行劇烈體力活動,無肌肉疲勞現象。實驗中穿著統一的棉質褲子，無后兜、紐扣及硬線[7]。

1.2 實驗環境

室溫控制在20-24℃、濕度為50%-60%。

1.3 實驗流程

1.3.1 體壓分布數據測試流程

①對受試者進行身高、坐高以及體重的測量，并進行記錄。

②將壓力傳感器平整地置于沙發座墊上。受試者端坐在沙發座墊上,雙肩放松,雙手以人體習慣方式放于大腿上，坐穩后調整到放松狀態。

③待體壓分布數據平穩后,記錄5分鐘[8]。記錄時,受試者保持坐姿。受試者第一次測試完成后離開座墊，待沙發座墊恢復原狀后,重復測試一次。

1.3.2 主觀評價測試流程

①實驗開始前,向受試者說明主觀評價表的內容和評價方式。

②在受試者保持坐姿12分鐘時，按照主觀評價表的內容向其詢問主觀感受,并進行打分。

2 實驗結果與分析

2.1 中層海綿的壓陷硬度對體壓分布的影響

舒適度高的沙發座墊可以給使用者提供良好的支撐，使其保持良好的坐姿[9]，且良好的坐姿可以通過座面壓力分布特征來反映[10]。本文主要考察中層海綿的壓陷硬度對最大壓力、平均壓力、接觸面積、最大壓力梯度、平均壓力梯度、不對稱系數這六個壓力指標的影響。

■圖1 中層海綿壓陷硬度與各壓力指標值的關系

取12名受試者各項體壓指標的平均值，圖1為中層海綿壓陷硬度與各體壓指標值之間的關系圖。圖中中層海綿的壓陷硬度為橫坐標，各體壓指標值為縱坐標。

由圖1（a）、（b）可知，最大壓力和平均壓力隨著中層海綿壓陷硬度的增大呈現先減小后增大的趨勢，且壓力下降趨勢較上升趨勢平緩。當中層海綿壓陷硬度較小時，座墊的整體硬度小，受試者整個臀部陷在座墊中，下陷量較大，易出現觸底現象，因此此時的最大壓力較大。當中層海綿壓陷硬度為110N左右時，最大壓力和平均壓力均達到最小值。此時中層海綿的壓陷硬度達到中等水平，座墊軟硬度適中，因此受試者坐骨結節點處所受到的最大壓力較小。受試者臀部既可以得到較好的支撐，坐姿不易傾斜，又可以和座墊表面充分接觸，分散壓力，因此平均壓力減小。當中層海綿壓陷硬度大于125N，即整體座墊偏硬時，最大壓力和平均壓力的增大幅度由大變小。此時，隨著海綿壓陷硬度的增大，受試者坐骨結節點處所受到的壓迫感增強，最大壓力無法分散，逐漸增大，且此時接觸面積逐漸減小并趨于不變，平均壓力增大。

由圖1（c）可知，接觸面積隨著中層海綿壓陷硬度的增大而減小，總體呈負相關。接觸面積體現了沙發座墊的軟硬程度,一般來說,座墊越硬，接觸面積越小。中層海綿壓陷硬度較小時,臀部接觸面積較大,座墊相對柔軟,此時臀部周圍由于受擠壓，導致垂直方向的壓力減少從而下陷得越深。當中層海綿壓陷硬度增大到一定程度，即整體座墊硬度較大時，接觸面積幾乎不變。

由圖1（d）、（e）可知，平均壓力梯度和最大壓力梯度隨著中層海綿壓陷硬度的增大呈現先減小后增大的趨勢，且下降趨勢較上升趨勢平緩。人體臀部的最大壓力梯度一般在坐骨結節點附近產生，說明坐骨結節點處承受了人體較大的重量。當中層海綿壓陷硬度較小時，沙發座墊過于柔軟，易發生觸底現象，受試者坐骨與海綿下方的彈簧接觸產生較大的最大壓力，因此最大壓力梯度較大。當中層海綿壓陷硬度偏大時，受試者坐骨結節點處可以很明顯地感受到刺激[11]，此時受到的最大壓力增大，最大壓力梯度也隨之增大。

由圖1（f）可知，不對稱系數隨著中層海綿壓陷硬度的增加而減小，最后趨于不變。不對稱系數用以判定體壓分布的不對稱程度，不對稱系數越大說明體壓分布越不對稱，人體感覺越不穩定。當中層海綿壓陷硬度較小時，不對稱系數均超過0.6，說明此時座墊過于柔軟，無法為受試者提供良好的支撐，此時明顯出現臀部壓力集中于一側的現象，受試者為了保持坐姿必定要通過消耗內力來維持，肌肉一直處于用力狀態，從而會感覺不適。當海綿壓陷硬度達到110N后，不對稱系數均小于0.4，且隨著壓陷硬度的增加變化很小，說明隨著中層海綿壓陷硬度的增大，穩定性越好。

2.2 中層海綿的壓陷硬度對主觀評價的影響

坐感舒適性評價采用七級量表“語義微分法”[12]，將主觀評價指標分為:穩定感、下陷感、調整坐姿難易度和總體舒適度,主要考察坐骨周圍、臀部、大腿內側、大腿外側、大腿前端等部位的舒適度，從-3到3為各部位舒適度水平賦值。

中層海綿不同壓陷硬度下的主觀評價值（表1）。從表1主觀評價項目的得分可以看出，穩定感、下陷感和調整坐姿難易度這三項的得分值隨著中層海綿壓陷硬度的增大而增加，說明當中層海綿越來越硬時，受試者臀部的下陷感隨之減小，此時坐感趨于穩定，且越來越容易調整坐姿。坐骨周圍、臀部、大腿內外側、前端以及總體舒適度的得分值呈現先增大后減小的趨勢，說明中層海綿壓陷硬度過小或過大都會導致受試者不舒適。當壓陷硬度為110N左右時，以上各部位的舒適度達到最佳。當壓陷硬度為125N左右時，以上各部位的舒適度僅次于壓陷硬度為110N時的舒適度。中層海綿壓陷硬度的改變對小腿舒適度影響較小，無明顯變化趨勢。

2.3 主觀評價結果與體壓分布測試結果之間的相關性

運用SPSS軟件將體壓實驗測試所得的各項指標值和舒適性評價值進行相關性分析，結果如表2所示。

①穩定感、下陷感與接觸面積、不對稱系數均呈非常高度負相關，即隨著接觸面積的增大，穩定感會越來越差，下陷感也會隨之增大。此外，隨著平均壓力梯度的增加，穩定感增強，下陷感減小。

②坐骨周圍、臀部、大腿外側、大腿內側、大腿前端等身體各部位的舒適度與各體

壓指標均呈負相關。坐骨周圍、大腿內側的舒適度與最大壓力、平均壓力的相關性較大，臀部、大腿前端的舒適度與最大壓力、不對稱系數的相關性較大，大腿外側與不對稱系數的相關性較大。隨著最大壓力、平均壓力、最大壓力梯度、平均壓力梯度和不對稱系數的減小，臀部及大腿各部位的舒適度會有不同程度的增加。

表1 中層海綿不同壓陷硬度下的主觀評價值

表2 不同中層海綿壓陷硬度下的主觀評價值與客觀測試結果的相關性

③小腿舒適度與最大壓力和平均壓力呈較高的負相關，與其他各體壓指標的相關性

不大，即最大壓力和平均壓力可以較好地反映小腿舒適度。

④調整坐姿難易度與接觸面積和不對稱系數呈非常高度負相關，即當接觸面積增大、

不對稱系數增大時，調整坐姿難度增加。臀部陷在座墊中，與座面的接觸面積增大，座墊不能很好地為坐骨節點提供支撐力，從而導致臀部壓力集中于一側，阻礙坐姿的調整。

⑤總體舒適度與最大壓力和不對稱系數呈較高的負相關，即最大壓力和不對稱系數

可以較好地反映總體舒適度，隨著最大壓力、不對稱系數的減小,總體舒適度會隨之增加。

3 結語

從體壓分布實驗和主觀評價結果分析可知：

①對于兩層海綿結構的沙發座墊，中層海綿的壓陷硬度對體壓分布測試結果和主觀評價的結果有較大影響。

②本實驗中隨著中層海綿壓陷硬度的增大，最大壓力、平均壓力、平均壓力梯度、最大壓力梯度都呈先減小后增大的趨勢，均在壓陷硬度為110N左右時達到最小值。接觸面積和不對稱系數隨著壓陷硬度的增大而減小，當壓陷硬度達到110N左右時，座墊可以為臀部提供足夠的支撐，臀部受力均勻，從而達到一定的支撐性和穩定感。

③對總體舒適度而言，隨著中層海綿壓陷硬度的增大，總體舒適度也是先增大后減小，在壓陷硬度為110N、125N時，總體舒適度較高，當壓陷硬度高于125N時，坐骨周圍、臀部、大腿各部位就會出現不舒適感。即當中層海綿壓陷硬度為中等硬度110N左右時，各壓力值達到最小，臀部與座墊的接觸面積適中，此時總體舒適度最高。當壓陷硬度過小時，人體臀部得不到良好的支撐，且整個臀部陷在座墊中，坐骨周圍易出現觸底現象，臀部周圍和大腿均因受到周圍海綿的擠壓而感到不舒適。當壓陷硬度過大時，臀部與座墊的接觸面積過小，總壓力得不到分散，此時坐骨周圍所受的壓力過大引起不舒適。

④由本實驗可知對于兩層海綿結構的沙發座墊，當中層海綿的回彈力相當時，應選擇中等壓陷硬度的海綿，即25%的壓陷硬度為110N左右的中層海綿可提高坐姿舒適度。

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