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文檔簡介

第七章 環(huán)境噪聲,人因工程,目 錄,第一節(jié) 聲音與聽覺 第二節(jié) 噪聲及其危害 第三節(jié) 噪聲的評價指標 第四節(jié) 噪聲的控制措施,聲音的基本概念 聲音的物理度量 人耳對聲音的主觀感覺,第一節(jié) 聲音與聽覺,聲音是由物體的機械振動產(chǎn)生的。振動的物體(固定、氣體或液體)稱為聲源。聲音從聲源傳入人耳需要媒介(固定、氣體或液體)。聲音是依靠媒質(zhì)質(zhì)點在平衡位置往返振動由近及遠的傳播,這種傳播形成聲波。頻率、波長和聲速是描述聲波的三個重要物理量。,一、聲音的基本概念,聲壓 在沒有聲波存在時,媒介中的壓力稱為靜壓。聲波對媒介作用,使其質(zhì)點受到擠壓而產(chǎn)生壓力變化,這時媒介中的壓力與靜壓之差稱為聲壓。比如在空氣中,由于聲波擾動,使正常大氣壓附加了一定的壓力,該附加壓力就是聲壓。聲壓用P表示,單位是Pa。聲壓是表示聲音強弱的物理量。,二、聲音的物理度量,聲壓 對正常人,人耳能夠聽到1000Hz純音的聲壓為210-5Pa,這只有一個大氣壓的五十億分之一,該聲壓稱為聽閾聲壓。而聲壓達20 Pa(一個大氣壓的千分之幾)時,會感到震耳欲聾,使人耳產(chǎn)生疼痛感,該聲壓稱為痛閾聲壓。,二、聲音的物理度量,聲壓級 人耳可聽聲的聲壓最強與最弱之間的比約為106,相差百萬倍,使用起來很不方便。韋伯(EHWeber)范希納(GTFechner)的研究表明:感覺的大小與刺激量的對數(shù)成正比。故既考慮使用上的方便,又考慮人的感覺特性,在聲音度量中引入聲壓級。,二、聲音的物理度量,聲壓級 聲壓級是指聲壓與基準聲壓之比的以10為底的對數(shù)乘以20。用符號Lp表示,單位是dB,其表達式為 Lp 20lg P P0 式中 P聲壓(Pa); P0基準聲壓,P0210-5Pa。,二、聲音的物理度量,聲壓級的合成法則 根據(jù)能量合成原則可知,若在某點分別測得幾個聲源的聲壓為P1,P2,Pn,則在該點測得的總聲壓P總滿足: 2 n 2 P總 P i (i=1,2,n) i=1,二、聲音的物理度量,求聲源聲壓級。設(shè)在某點測得的幾個聲壓級為LP1,LP2,LP3,LPn,由聲壓級的定義可知: Lpi 10lg Pi 2 P0 可得 Pi 2 100.1 Lpi P0 n Lp總 10lg 100.1 Lpi (i=1,2,n) i=1,二、聲音的物理度量,求總聲壓級。某一聲源的聲壓級,總是在一定的背景聲源下測得。要準確地了解聲源的聲壓級,必須從總聲壓級中剔除背景聲源的影響。 P源 2 P總 2 P背 2 P0 P0 P0,二、聲音的物理度量,聲功率 聲源在單位時間內(nèi)發(fā)出的總聲能稱為聲功率。聲功率是反映單位時間聲源輻射聲能大小的物理量,與聲壓有著密切的聯(lián)系。,二、聲音的物理度量,聲功率級 一個聲源的聲功率級等于此聲源的聲功率與基準功率的比值取對數(shù)的10倍,用符號LW表示,單位是dB,其表達式為 LW 10lg W W0 式中 W聲功率(W); W0基準聲功率,W010-12W。,二、聲音的物理度量,頻譜 將聲源發(fā)出的聲音強度(聲壓、聲功率級、聲壓級)按頻率順序展開,使其成為頻率的函數(shù),并考察變化規(guī)律稱為頻譜分析。通常以頻率(或頻帶)為橫坐標,以反映相應(yīng)頻率成分強弱的量為縱坐標,把頻率與強度的對應(yīng)關(guān)系用圖形表示,稱為頻譜。,二、聲音的物理度量,頻程 兩個聲信號頻率間的距離稱為頻程,它以上限頻率f1和下限頻率f2之比的對數(shù)表示,此對數(shù)通常以2為底 n lg2 f1 或 f1 2 n f2 f2 式中n為倍頻程數(shù)。,二、聲音的物理度量,在實際分析中,通常以倍頻或13倍頻程進行分析。一個倍頻程就是上限頻率比下限頻率高一倍,但13倍頻程并不是上限頻率與下限頻率高13倍,而是上限頻率為下限頻率的213321.26倍。,二、聲音的物理度量,倍頻程通常用它的幾何中心頻率f0代表,中心頻率與上、下限頻率之間的關(guān)系為 f0f1 f2 這里的f0是一個頻率,但它卻代表一個倍頻程的頻率范圍。,二、聲音的物理度量,目前,國際上對倍頻程的分法已通用化了。通用的倍頻程f0及每個頻帶包括的頻率范圍如表61所列,其中10個頻程已把可聞聲(20Hz20kHz)全部包括進來,因而使測量和分析工作得到簡化。,二、聲音的物理度量,二、聲音的物理度量,響度級 響度級等于根據(jù)聽力正常的聽音判斷為等響的1kHz純音的聲壓級。用LN表示,單位是方(phon)。當其它頻率的純音和1kHz純音一樣響時,該純音的響度級與1kHz的純音是一個響度級,即等于1kHz純音的聲壓級數(shù)值。,三、人耳對聲音的主觀感覺,典型聽者認為響度相同的純音的聲壓級與頻率關(guān)系的曲線稱為等響度曲線,即把不同頻率、不同聲壓級、但給人耳感覺一樣的點用一條曲線連接起來,描出等響度曲線(圖63)。,三、人耳對聲音的主觀感覺,三、人耳對聲音的主觀感覺,響度 響度級雖然定量地確定了響度感與頻率、聲壓級的關(guān)系,卻不能確定兩個聲音的響度相差多少。例如,80方的聲音比50方的聲音響多少倍?為此,人們又引出了響度的概念。響度是聽覺判斷聲音強弱屬性的主觀度量,根據(jù)它可以把聲音排成由輕到重的序列。它與人對聲音的主觀感覺成正比。響度用符號N表示,單位是宋(sone),并定義一宋為40方。,三、人耳對聲音的主觀感覺,響度與響度級的關(guān)系為: N20.1(LN40) 或LN4033.22lgN 響度級每增加10方,響度增加1倍。40方為一宋,50方為2宋,60方為4宋。用響度聲音的大小,可以直接計算出聲音響度增加或減少的百分數(shù)。,三、人耳對聲音的主觀感覺,聲級 在噪聲測量中,為了使聲音的客觀物理量與人耳聽覺的主觀感受近似取得一致,必須在測量儀器中,對不同頻率的客觀聲壓級人為給予適當增減,這種修正的方法稱為頻率計權(quán)。實現(xiàn)這種頻率計權(quán)的電網(wǎng)絡(luò)稱為計權(quán)網(wǎng)絡(luò)。經(jīng)過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的計權(quán)聲壓級稱為聲級。,三、人耳對聲音的主觀感覺,具體方法是在聲級計的放大線路中,插入A、B、C三個計權(quán)網(wǎng)絡(luò),A網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對40方純音的響應(yīng),與40方的等響度曲線倒立后的形狀近似,它使接收、通過的低頻(500Hz以下)聲音有較大衰減。B網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對70方純音的響應(yīng),與70方等響度曲線倒立后的形狀接近,它使接收、通過的低頻聲音有一定衰減。C網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對100方純音的響應(yīng),與100方等響度曲線倒立后的形狀接近,在整個可聽頻率范圍內(nèi)有近乎平直的特性,它讓所有頻率的聲音以近乎一樣的程度通過。,三、人耳對聲音的主觀感覺,噪聲及其分類 噪聲對聽力的損傷 噪聲對其它生理機能的影響 噪聲對心理狀態(tài)的影響 噪聲對語言通訊的影響 噪聲對作業(yè)能力和工作效率的影響,第二節(jié) 噪聲及其危害,噪聲泛指一切對人們生活和工作有妨礙的聲音,凡使人煩惱、不愉快的聲音都叫噪聲。 噪聲的定義不單純由聲音的物理性質(zhì)所決定,而主要取決于人們的生理心理狀態(tài)。,一、噪聲及其分類,按照人們對噪聲的主觀評價分 過響聲:很響的使人煩躁不安的聲音,如織布機的運行聲;妨礙聲:聲音不大,但妨礙人們的交談、學習、思考和睡眠;刺激聲:刺耳的聲音,如汽車剎車聲;無形聲:日常被人們習慣了的低強度噪聲。,一、噪聲及其分類,按噪聲隨時間變化特性分 穩(wěn)定噪聲:聲音的強弱隨時間變化不顯著,其波動小于5dB;周期性噪聲:聲音強弱呈周期變化;無規(guī)律噪聲:聲音強弱隨時間無規(guī)律變化;脈沖噪聲:突然爆發(fā)又很快消失,其持續(xù)時間小于1s,間隔時間大于1s,聲級變化大于40dB的噪聲。,一、噪聲及其分類,按噪聲源的特點分 工業(yè)噪聲:工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的噪聲;交通噪聲:交通工具產(chǎn)生的噪聲;社會噪聲:社會活動和家庭生活引起的噪聲。,一、噪聲及其分類,由于接觸噪聲而引起的聽力損失,稱為噪聲對聽力的損傷。聽力損失定義為人耳在某一頻率的聽閾較正常人的聽閾提高的分貝數(shù)。,二、噪聲對聽力的損傷,噪聲對聽力的損傷有下述幾種情況: 聽覺疲勞 噪聲性耳聾 爆發(fā)性耳聾,二、噪聲對聽力的損傷,影響聽力損傷程度的因素 噪聲強度 暴露時間 噪聲頻率,二、噪聲對聽力的損傷,對神經(jīng)系統(tǒng)的影響 在噪聲環(huán)境長期作用下,會導致中樞神經(jīng)功能性障礙,表現(xiàn)為植物神經(jīng)衰弱癥候群(頭痛、頭暈、失眠、多汗、乏力、惡心、心悸、注意力不集中、記憶減退、神經(jīng)過敏、驚慌、反應(yīng)遲緩)。,三、噪聲對其它生理機能的影響,對內(nèi)分泌系統(tǒng)的影響 中強度(7080 dB(A)噪聲使腎上腺皮質(zhì)功能增強,這是噪聲通過下丘腦垂體腎上腺引起的一種機體對環(huán)境的應(yīng)激反應(yīng)。高強度(100 dB(A)噪聲則使腎上腺皮質(zhì)功能減弱,這說明刺激強度已經(jīng)超過機體能夠適應(yīng)的能力。在噪聲刺激下,甲狀腺分泌也有變化。兩耳長時間受到不平衡的噪聲刺激時,會引起前庭反應(yīng)、嘔吐、嚴重的會導致孕婦流產(chǎn)。,三、噪聲對其它生理機能的影響,對心血管系統(tǒng)的影響 噪聲對心血管系統(tǒng)功能的影響表現(xiàn)為心動過速、心律不齊、心電圖改變、高血壓以及末稍血管收縮、供血減少等。噪聲對心血管系統(tǒng)的慢性損傷作用,發(fā)生在8090 dB(A)噪聲情況下。,三、噪聲對其它生理機能的影響,對消化系統(tǒng)的影響 長期處在噪聲環(huán)境中,會使胃的正常活動受到抑制,導致潰瘍病和胃腸炎發(fā)病率增高。據(jù)有關(guān)研究表明,胃腸功能的損傷程度隨噪聲強度升高及噪聲暴露年限增長而加重,噪聲大的行業(yè)潰瘍病發(fā)病率比安靜環(huán)境下的發(fā)病率高5倍。,三、噪聲對其它生理機能的影響,噪聲會引起煩躁、焦慮、生氣等不愉快的心理情緒,稱為煩惱。,四、噪聲對心理狀態(tài)的影響,強度對煩惱程度的影響 噪聲強度增大,引起煩惱的可能性隨之增大。有人曾對大學生進行過實驗,在一定噪聲條件下,讓受試者根據(jù)自己的感覺進行投票,表達自己對該強度噪聲的煩惱程度。通過對投票結(jié)果統(tǒng)計回歸,整理出了煩惱度的表達式 I0.1058LA4.793 式中 I煩惱度;LA環(huán)境噪聲強度(dB(A)。,四、噪聲對心理狀態(tài)的影響,噪聲頻率對煩惱程度的影響 響度相同而頻率高的噪聲比頻率低的噪聲容易引起煩惱。,四、噪聲對心理狀態(tài)的影響,噪聲穩(wěn)定性對煩惱程度的影響 噪聲強度或頻率不斷變化比穩(wěn)定的噪聲容易引起煩惱。,四、噪聲對心理狀態(tài)的影響,活動性質(zhì)對煩惱程度的影響 在住宅區(qū),60dB(A)的噪聲即可引起很大的煩惱,但在工業(yè)區(qū),噪聲可以高一些。相同噪聲環(huán)境下,腦力勞動比體力勞動容易引起煩惱。,四、噪聲對心理狀態(tài)的影響,在安靜的場合,很微弱的聲音都能被聽見,如耳語。而在喧鬧的環(huán)境中,需要提高講話聲音的強度才能聽到。一個聲音由于其它聲音的干擾而使聽覺發(fā)生困難,需要提高聲音的強度才能產(chǎn)生聽覺,這種現(xiàn)象稱為聲音的掩蔽。一個聲音的聽閾因另一個聲音的掩蔽作用而提高的現(xiàn)象稱為掩蔽效應(yīng)。,五、噪聲對語言通訊的影響,噪聲對信號的掩蔽作用,常給生產(chǎn)帶來不良后果。有些危險信號常需采用聲信號,由于噪聲的掩蔽作用,使作業(yè)者對信號分辨不清,因此,很容易造成事故和工傷。據(jù)美國某鐵路局對造成25名職工死亡的19起事故分析認為,其主要原因是高噪聲掩蔽了聽覺信號的察覺能力。,五、噪聲對語言通訊的影響,在噪聲環(huán)境里,人們心情煩躁,工作容易疲勞,反應(yīng)遲鈍,注意力不易集中等都直接影響作業(yè)能力與工作效率。,六、噪聲對作業(yè)能力和工作效率的影響,噪聲控制標準分為三類:第一類是基于對作業(yè)者的聽力保護而提出來的,我國的工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標準、機床噪聲標準均屬此類,它們以等效連續(xù)聲級、噪聲暴露量為指標;第二類是基于降低人們對環(huán)境噪聲煩惱度而提出的,我國的城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準、機動車輛噪聲標準屬于此類,它們是以等效連續(xù)聲級、統(tǒng)計聲級為指標;第三類是基于改善工作條件、提高效率而提出的,室內(nèi)噪聲標準屬于此類,該類以語言干擾級為指標。,第三節(jié) 噪聲的評價指標,A聲級較好地反映了人耳對噪聲的頻率特性和主觀感覺,這對于連續(xù)穩(wěn)定的噪聲是一種較好的評價指標,但人們經(jīng)常遇到的是起伏的不連續(xù)的噪聲,為此引入等效連續(xù)聲級的概念。,一、等效連續(xù)聲級,等效連續(xù)聲級是在某規(guī)定時間內(nèi)A聲級能量平均值,用符號Leq表示,單位是dB(A)。等效連續(xù)聲級可由下式表示 Leq 10lg 1 T PA(t ) 2 dt T 0 P0 10lg 1 T 100.1LPA(t )dt T 0 式中 PA(t )瞬時A計權(quán)聲壓(Pa); P0基準聲壓; LPA(t )變化A聲級的瞬時值; T某測量時間段。,一、等效連續(xù)聲級,由于環(huán)境噪聲往往不規(guī)則且大幅度變動,因此,需要用不同的噪聲級出現(xiàn)的概率或累積概率表示。統(tǒng)計聲級表示某一A聲級,且大于此聲級的出現(xiàn)概率為s%。用符號Ls表示。如L1070 dB(A)表示整個測量期間噪聲超過70 dB(A)的概率占10,噪聲不超過70dB(A)的概率占90。,二、統(tǒng)計聲級,人在噪聲環(huán)境下作業(yè),噪聲對聽力的損傷不僅與噪聲強度有關(guān),而且與噪聲暴露時間有關(guān)。噪聲暴露量是噪聲的A計權(quán)聲壓值平方的時間積分,用符號E表示,其表達式為 ET PA(t)2dt (Pa2h) 0 式中 T測量時間(h);PA(t)瞬時A計權(quán)聲壓(Pa)。,三、噪聲暴露量(噪聲劑量),人的語言聲能量主要集中在以500Hz、1000Hz和2000Hz為中心的的三個倍頻程中,因此對語言干擾最大的也是這三個頻率的噪聲成分。根據(jù)最近研究,4000Hz頻帶對語言干擾也有影響。所以,國際標準化組織(ISO)最新規(guī)定,把500、1000、2000、4000Hz為中心頻率的4個倍頻程聲壓級算術(shù)平均值定義為語言干擾級,單位是dB。,四、語言干擾級,用A聲級做為噪聲評價的標準,是對噪聲所有頻率成分的綜合反映。但是,A聲級不能代替用頻帶聲壓級評價噪聲。因為不同頻譜形狀的噪聲可以是一A聲級值。為了評價穩(wěn)態(tài)環(huán)境噪聲對人的影響,以及較細致地確定各頻帶的噪聲標準,國際標準組織(ISO TC43)公布一組噪聲評價曲線,即噪聲評價數(shù)曲線(NR曲線)。,五、噪聲評價數(shù),NR的具體求法是:對噪聲進行倍頻程分析,一般取8個頻帶(638000Hz)測量聲壓級。根據(jù)測量結(jié)果在NR曲線上畫頻譜圖,在噪聲的8個倍頻帶聲壓級中找出接觸到的最高一條NR曲線之值,即為該噪聲的評價數(shù)NR。,五、噪聲評價數(shù),感覺噪聲級和噪度分別與響度級與響度對應(yīng);而感覺噪聲級和噪度是以復合音為基礎(chǔ)反映人耳對噪聲的主觀感覺。仿照等響度曲線,人們在大量實驗基礎(chǔ)上得到與1000 Hz信號相比較的等噪度曲線,見圖66。,六、感覺噪聲級和噪度,六、感覺噪聲級和噪度,噪度用符號PN表示,單位是吶(Ni),1000 Hz倍頻程聲壓級為40 dB時的噪度為1吶,50dB時為2吶。2吶比1吶的噪聲有2倍吵的感覺。噪度的分貝標度稱為感覺噪聲級LPN,它的分貝數(shù)就是等噪度曲線上1000 Hz所對應(yīng)的聲壓級的分貝數(shù),記為PN dB。,六、感覺噪聲級和噪度,聲源控制 控制噪聲的傳播 個人防護 音樂調(diào)節(jié),第四節(jié) 噪聲的控制措施,降低機械噪聲 機械性噪聲主要由運動部件之間及連接部位的振動、磨擦、撞擊引起。這種振動傳到機器表面,輻射到空間形成噪聲。因此降低機械噪聲的措施是:改進機械產(chǎn)品的設(shè)計;改善生產(chǎn)工藝。,一、聲源控制,降低空氣動力性噪聲

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