人機工效學噪聲及振動環(huán)境課件

第六章噪聲及振動環(huán)境第一節(jié)聲音及其度量一、聲音的基本概念頻率、波長、聲速二、聲音的物理度量聲壓、聲壓級、聲壓級合成法則、頻譜分析三、人耳對聲音的主觀感覺聲音的響度級與響度、計權(quán)聲級、等效連續(xù)聲級、統(tǒng)計聲級第一節(jié)聲音及其度量一、聲音的基本概念物體的振動產(chǎn)生聲音，振動發(fā)聲的物體被稱為聲源。聲振動、純音、復合音、樂音、噪聲聲音的形成是由振動的發(fā)生與傳播這兩個環(huán)節(jié)組成。第一節(jié)聲音及其度量頻率聲源每秒鐘振動的次數(shù)稱為頻率，以f表示，單位為赫茲（Hz）。在聲頻范圍內(nèi)，聲波的頻率愈高，聲音顯得愈尖銳；反之，顯得低沉。第一節(jié)聲音及其度量波長和聲速聲波在一個波動的周期內(nèi)傳播的距離稱為波長，記作λ,單位為m。聲波在媒介中傳播的速度稱為聲速，用c表示，單位為m/s。第一節(jié)聲音及其度量

式中，λ為波長（m）；c為聲速（m／s）；f為頻率（HZ）。頻率、波長和聲速之間的關(guān)系

二、聲音的物理度量聲壓級通常用對數(shù)值來度量聲壓，稱為聲壓級。聲壓級是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，單位是分貝（dB）。二、聲音的物理度量

式中，為聲壓級（dB）；P為聲壓（Pa）；P0為基準聲壓（P0=2×10-5Pa）。

（二）聲壓級表達式表6-1各種環(huán)境的聲壓和聲壓級聲壓N/m2聲壓級/dB環(huán)境舉例聲壓N/m2聲壓級/dB環(huán)境舉例63020063206.32.00.630.201501401301201101009080火箭發(fā)射噴氣式飛機附近開坯鍛錘，鉚釘槍大型球磨機大型鼓風機附近紡織車間汽車喇叭聲公共汽車上0.0630.0200.00630.00200.000630.000200.0000630.000020706050403020100繁華大街上普通說話微型電機工作時安靜房間內(nèi)輕聲談話樹葉落下的沙沙聲鄉(xiāng)村安靜夜晚剛剛能聽到的聲音二、聲音的物理度量若在某點分別測得幾個聲源的聲壓為P1，P2，…，Pn，該點總聲壓Pt滿足

（i=1,2,…,n）

總聲壓級

（i=1,2,…,n）

求總聲壓級的公式推導根據(jù)聲壓合成法則有背景聲壓級計算如下什么是頻程？為了便于實際測量和分析，人為地把聲頻范圍劃分為幾個小的頻段，在每一個頻段中，上限頻率與下限頻率之間的距離稱為頻程，它以上限頻率和下限頻率之比的對數(shù)表示，此對數(shù)通常以2為底。（三）頻譜分析（三）頻譜分析或

式中 為倍頻程數(shù)。為上限頻率，為下限頻率幾何中心頻率表6-3倍頻程的頻率范圍中心頻率/Hz31.563125250500頻率范圍/Hz22.5～4545～9090～180180～354354～707中心頻率/Hz100020004000800016000頻率范圍/Hz707～14141414～28282828～56565656～1121211212～22424三、人耳對聲音的主觀感覺

聲音的響度級與響度計權(quán)聲級等效連續(xù)聲級統(tǒng)計聲級（一）聲音的響度級與響度

響度級是人們對噪聲進行主觀評價的一個基本量，用LN表示，單位為方(phon)響度級(方值)就等于與該聲音同樣響度的1000赫茲純音的聲壓級。聲音的響度

聲音的響度是人耳對聲音強度所產(chǎn)生的主觀感覺量，它與人對聲音響亮程度的主觀感覺成正比.響度與響度級的關(guān)系式為總響度

式中，Nt為總響度指數(shù)（宋）；Nm為各頻帶中響度指數(shù)最大者；∑Nt為所有頻帶的響度指數(shù)之和；F為倍頻程選擇系數(shù)。對倍頻程，F(xiàn)=0.3；對1/3倍頻程，F(xiàn)=0.15。A、B、C聲級不同計權(quán)網(wǎng)絡測量的結(jié)果，分別標以dB（A）、dB（B）或dB（C），稱為A聲級、B聲級和C聲級。原來規(guī)定70dB以下用A聲級計，70～90dB用B聲級計，90dB以上用C聲級計。后來研究表明，無論聲強多大，A聲級都能較好地反映人耳的響應特征，所以，如無特殊說明，基本都用A聲級表示噪聲評價指標。表6-4為幾種常見聲源的A聲級。

（二）計權(quán)聲級A聲級/dB聲

源20～3040～6060～708090100－110輕聲耳語普通辦公室內(nèi)普通交談聲，小型空調(diào)機大聲交談，收音機，較吵的街道空壓機站，泵房，嘈雜的街道

織布機，電鋸，砂輪機，大鼓風機

表6-4幾種常見聲源的A聲級（三）等效連續(xù)聲級

等效連續(xù)聲級是指某一段時間內(nèi)的A聲級能量平均值，簡稱等效聲級或平均聲級，用符號Leq表示，單位是dB(A)

式中，LPA(t)為瞬間A聲級（dB(A)）；T為總測量時間（s）。

（四）統(tǒng)計聲級

統(tǒng)計聲級的物理定義為達到或大于某一聲級的概率，用符號Ls表示噪聲的統(tǒng)計特征符合正態(tài)分布，則第二節(jié)噪聲及其對人的影響一、噪聲及其來源

工業(yè)噪聲，主要包括空氣動力噪聲、機械噪聲和電磁噪聲交通噪聲，主要指的是機動車輛、火車、飛機和船舶噪聲。一、噪聲及其來源建筑施工噪聲，聲音強度很高又屬于露天作業(yè)，因此污染也十分嚴重社會噪聲，主要指社會活動和家庭生活所引起的噪聲二、噪聲對聽力的影響

噪聲對人們正常生活的影響主要表現(xiàn)：精力難以集中；情緒焦躁不安，不愉快感，睡眠質(zhì)量；妨礙語言交流。持續(xù)性的強烈噪聲使人的聽力受到損害。對200Hz、1000Hz、2000Hz三個頻率平均聽力損失超過25dB，稱為噪聲性耳聾。8h噪聲暴露的聽力保護標準為等效連續(xù)聲級85～90dB(A)。時間減半，提高3dB(A)。噪聲性耳聾與噪聲的強度、噪聲的頻率及接觸的時間有關(guān)。三、噪聲對其他生理機能的影響

對神經(jīng)系統(tǒng)的影響大腦皮層興奮和抑制平衡失調(diào)，導致條件反射異常，引起各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如頭痛、耳鳴、多夢、失眠、心慌、記憶力衰退等癥狀。對內(nèi)分泌和心血管系統(tǒng)的影響甲狀腺機能亢進，腎上腺皮質(zhì)功能增強等癥狀。不平衡噪聲引起前庭反應、嘔吐；心跳加速、心律不齊、心電圖改變、高血壓、末梢血管收縮、供血減少等。對消化系統(tǒng)的影響腸胃功能阻滯、消化液分泌異常、胃酸度降低、胃收縮減退。造成消化不良、食欲不振、胃功能紊亂等癥狀。腎病和胃潰瘍發(fā)病率增高。四、噪聲對心理的影響

噪聲對心理的影響主要是使人產(chǎn)生煩惱、焦急、討厭、生氣等不愉快的情緒

噪聲引起的煩惱與聲強、頻率及噪聲的穩(wěn)定性都有直接關(guān)系。五、噪聲對語言交流的影響

聲音的掩蔽效應

語言干擾級(SIL)是評價噪聲對語言通訊干擾程度的評價參量500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz為中心頻率的4個聲壓級的算術(shù)平均值定義為語言干擾級，單位是dB。六、噪聲對作業(yè)能力和工效的影響

噪聲直接或間接地影響工作效率。嘈雜環(huán)境，心情煩躁，容易疲勞，反應遲鈍，注意力不易集中等直接影響工作效率、質(zhì)量和安全，尤其對非重復性勞動。噪聲干擾對人的腦力勞動有消極影響，使人精力分散，工作效率下降。在從事需長時間保持緊張注意的工作，大大降低工作效率。第三節(jié)噪聲測量及評價標準噪聲的測量

（一）室內(nèi)噪聲的測量圖6-3為聲級計。測量室內(nèi)噪聲時，將聲級計傳聲器放在操作人員耳朵處或放在工作面附近，選擇若干個測點，進行測量。若噪聲有明顯變化或出現(xiàn)間隙，則還應測量等效連續(xù)聲級。圖6-3數(shù)字式聲級計

（1）外形尺寸小于30cm的小型設備，測點距其表面30cm左右。（2）外形尺寸在30~100cm的中型設備，測點距其表面50cm左右。（3）外形尺寸大于100cm的較大型設備，測點距其表面100cm左右。（4）大型或特大型設備，測點距其表面100~500cm左右。

（二）機器設備噪聲的測量交通車輛噪聲的測量測量行駛中的車輛的噪聲，應在平坦開闊的區(qū)間中進行工作。測量行駛時車內(nèi)的噪聲，要求車窗緊閉，測點選擇在車內(nèi)中央且離地1.2m處、在司機、乘客的頭部附近，分別記錄加速、滿載、慣性行駛及制動時的情況。測量行駛時車外的噪聲，測點取距離車體中心線7.5米、距地面或軌道上方1.2m高處。

（三）交通車輛噪聲的測量二、噪聲評價標準

第一類基于對作業(yè)者的聽力保護，以等效連續(xù)聲級為指標；第二類基于降低人們對環(huán)境噪聲煩惱度，以等效連續(xù)聲級、統(tǒng)計聲級為指標；第三類基于改善工作條件、提高效率，以語言干擾聲級為指標。(一)國外噪聲標準聽力保護的噪聲標準（A聲級）環(huán)境噪聲標準(二)中國噪聲標準

二、噪聲評價標準表6-5聽力保護的噪聲標準（A聲級）每個工作日允許工作時間/hISO（1971年）允許噪聲級/dB(A)美國政府（1969年）美國工業(yè)衛(wèi)生醫(yī)師協(xié)會（1977年）84211/21/490939799102115（最高限）90951001051101158590951001051101.國外聽力保護的噪聲標準（A聲級）1971年ISO提出的ISORl996環(huán)境噪聲標準是：住宅區(qū)室外噪聲標準為35～45dB(A)。不同時間應按表6-6修正，不同地區(qū)按表6-7修正，室內(nèi)按表6-8修正。非住宅區(qū)的室內(nèi)噪聲標準見表6-9

。時

間修正值/dB(A)白天晚上深夜0-5－10～－15表6-6不同時間環(huán)境噪聲標準修正表2.國外環(huán)境噪聲標準表6-7不同地區(qū)環(huán)境噪聲標準修正表地

區(qū)修正值/dB(A)鄉(xiāng)村住宅、醫(yī)院療養(yǎng)區(qū)郊區(qū)住宅、小馬路市

區(qū)工商業(yè)和交通混合區(qū)城市中心工業(yè)地區(qū)0＋5＋10＋15＋20＋252.國外環(huán)境噪聲標準表6-8室內(nèi)噪聲標準修正表窗戶條件修正值/dB(A)開

窗單層窗雙層窗-10-15-202.國外環(huán)境噪聲標準

表6-9非住宅區(qū)室內(nèi)噪聲標準場

所修正值/dB(A)辦公室、商店、小餐廳、會議室大餐廳、帶打字機的辦公室、體育館大的打字機室車間(根據(jù)不同用途)35455545～752.國外環(huán)境噪聲標準（二）中國噪聲標準我國曾先后公布了多個重要的噪聲標準，如《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標準》、《城市環(huán)境噪聲標準》和《機動車輛噪聲標準》等。2002年經(jīng)國家衛(wèi)生部正式《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》GBZ1-2002中規(guī)定：具有生產(chǎn)性噪聲的車間應盡量遠離其他非噪聲作業(yè)車間、行政區(qū)和生活區(qū)；噪聲較大的設備應盡量將噪聲源與操作人員隔開；工藝允許遠距離控制的，可設置隔聲操作(控制)室。工作場所操作人員每天連續(xù)接觸噪聲8小時，噪聲聲級衛(wèi)生限值為85dB(A)。

表6-10工作地點噪聲聲級的衛(wèi)生標準日接觸噪聲時間/h衛(wèi)生限值/dB(A)8854882911941/2971/41001/8103最高不得超過115[dB(A)]

表6-11非噪聲工作地點噪聲聲級的衛(wèi)生限值地點名稱衛(wèi)生限值dB(A)工效限值/dB(A)噪聲車間辦公室75不得超過55非噪聲車間辦公室60會議室60計算機室、精密加工室70表6-13城市5類環(huán)境噪聲標準值*地

區(qū)聲級/dB(A)白天（7～21時）聲級/dB(A)夜間特別需要安靜地區(qū)一般居民、文教區(qū)居民、商業(yè)、工業(yè)混雜區(qū)工業(yè)區(qū)城市中的道路交通干線兩側(cè)區(qū)域、穿越城區(qū)的內(nèi)河航道兩側(cè)區(qū)域等50556065

7040455055

55第四節(jié)噪聲控制聲源控制控制噪聲的傳播操作者的聽力保護聲源控制

降低機械噪聲（不平穩(wěn)、沖擊、精度、誤差）選擇發(fā)聲小的材料（內(nèi)阻尼）改變機械傳動方式（帶式、齒輪精度）改進設備機械結(jié)構(gòu)（剛性，加筋；工藝，電火花代替切削、焊接代替鉚接、液壓代替錘鍛）降低空氣動力性噪聲（氣流速度、壓力脈沖、渦流）控制噪聲的傳播

對工廠各區(qū)域合理布局調(diào)整聲源的指向充分利用天然地形采用吸聲、隔聲、消聲等措施采用隔振與減振措施（彈簧、橡膠、軟木、氈類）操作者聽力保護個人防聲用具第五節(jié)振動環(huán)境振動及其分類振動變量

人體對振動頻率的反應

振動對人體的影響

振動對工效的影響

振動的評價與控制

振動及其分類振動振動覺生產(chǎn)性振動和非生產(chǎn)性振動來源：不平衡物體的轉(zhuǎn)動、旋轉(zhuǎn)物體的扭動和彎曲、活塞運動、物體沖擊、物體摩擦、空氣沖擊波鍛造機、印刷機、切斷機；運輸工具、農(nóng)用機械全身振動和局部振動振動變量位移（振幅）、頻率、速度、加速度“級”dB加速度級，振動加速度與基準加速度之比的對數(shù)乘以20，基準加速度值為10－5m/s2人體對振動頻率的反應

人體對低頻反應的主要現(xiàn)象是身體共振，使某些器官或結(jié)構(gòu)比其相鄰的組織結(jié)構(gòu)發(fā)生更大的振動，從而引起人體的不舒適、工效降低或危及健康。而當頻率高至1000Hz范圍時，振動在人體組織內(nèi)傳播與聲音相似，大部分能量在人體內(nèi)的傳遞率逐漸衰減，其生物效應也相應減弱。三、振動對人體的影響

全身振動對人體的影響局部振動對人體的影響振動的心理效應全身振動多為低頻大幅度的振動。全身振動能引起前庭器官、內(nèi)分泌系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和植物神經(jīng)系統(tǒng)等一系列變化，并使人產(chǎn)生疲勞、勞動機能衰退等主觀感覺。由于人體不同部位和系統(tǒng)有各自的固有頻率，所以當人體承受的振動頻率接近或等于某一部位的固有頻率時，就會產(chǎn)生共振，共振使得生理效應增大。如果是重要的器官發(fā)生了共振，則人體的反應最強烈。1.全身振動對人體的影響表6-14人體各部位共振的大致頻率身體部位共振頻率/Hz身體部位共振頻率/Hz全身（放松站立）4~5腹部實質(zhì)器官4~8全身（坐姿）5~6手-臂10~40全身（橫向)2胸腹內(nèi)臟（半仰臥位)7~8頭部20~30頭部（仰臥位）50~70眼睛20~25胸部（仰臥位）6~12脊柱8~12腹部（仰臥位）4~8局部振動病是長期使用振動工具引起的。局部振動能引起神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、骨關(guān)節(jié)肌肉運動系統(tǒng)的障礙及其他系統(tǒng)不同程度的機能改變。振動的早期影響以神經(jīng)系統(tǒng)受損為主。一般情況下先出現(xiàn)神經(jīng)末梢病變（功能受損），繼而發(fā)生中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變（大腦皮層功能簡下降，反應時間延長，血壓不穩(wěn)）。振動對骨骼肌肉系統(tǒng)的影響表現(xiàn)為肌無力，肌肉疼痛和萎縮。振動對胃腸功能、婦女月經(jīng)、生理及生殖功能也可能發(fā)生影響。

2．局部振動對人體的影響振動引起的心理效應主要是感覺不舒適和煩惱，甚至疼痛，進而影響工效。不同的振動參數(shù)下人體受振時的主觀感覺不同。坐姿的人，對1～2Hz的輕度振動感覺輕松和舒適；對4～8Hz的中度振動，感覺十分不適。

3.

振動的心理效應四、振動對工效的影響

對人體視覺的影響對操作反應的影響振動對視覺績效的影響主要有兩種情形：①視覺對象處在振動環(huán)境中；②觀察者處于振動環(huán)境中。

（1）對視覺辨認績效的影響圖6-4人受橫向水平振動時的選擇反應時間

通過手或足操縱控制器以追蹤某一活動目標的追蹤活動是比較典型的操作動作。振動引起操縱界面的運動可使手控工效降低，這是由于手、腳和人—

機界面的振動，使人們的動作不協(xié)調(diào)、操縱誤差大大增加。

（2）對操作動作的影響圖6-5垂直振動時人的手眼協(xié)調(diào)的平均動作時問

（一）振動評價標準1．國際標準化組織提出的“人承受全身振動的評價指南”[IS02631-1989（E）]該標準根據(jù)加速度有效值（0.1～20m/s2）、振動頻率（1/3倍頻程的中心頻率，1～80Hz）、振動方向（Z軸向，X、Y軸向）、接觸振動持續(xù)時間（1分鐘到24小時）這四個振動參數(shù)制定了全身振動評價的界限曲線，并依據(jù)參數(shù)之間的關(guān)系來評價全身振動對人體的影響。五、振動的評價（一）振動評價標準圖6-6全身振動允許界限

(1)疲勞一工作效率降低界限。疲勞—工作效率降低界限是從振動引起人體疲勞，從而影響其工作效率的角度而確立的。超過這個界限，人會產(chǎn)生疲勞，降低工效。圖6-6所示的界限正是疲勞一工作效率降低界限。該界限主要用于勞動環(huán)境振動評價。(2)舒適性降低界限。舒適性降低界限以不影響人的日?；顒踊蚬ぷ髦械幕緞幼?如飲食、閱讀或書寫等)為基礎，此界限與保持在振動環(huán)境下人體的舒適感有關(guān)。它比疲勞一工作效率降低界限的振動級低10dB，超過這個界限，人可能不舒適。該界限較多用于交通工具振動評價。（一）振動評價標準(3)受振極限(或健康界限)。受振極限是區(qū)分振動強度對人體健康與安全是否有損害的界限。它比疲勞—工作效率降低界限的振動級高6dB，超過這個界限，會影響人體健康與安全。（一）振動評價標準GBZl--2002《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》中對工作場所的振動強度規(guī)定如下：局部振動作業(yè)，其接振強度4小時等能量頻率計權(quán)振動加速度不得超過5m/s2，接振時間少于4小時可按表6-17適當放寬。

2．我國振動控制標準表6-17局部振動強度衛(wèi)生限值日接振時間/h衛(wèi)生限值/(m/s2)2～461～28≤1122．我國振動控制標準表6-18全身振動強度衛(wèi)生限值工作日接觸時間/h衛(wèi)生限值dB(A)(m/s2)81160.624120.81.12.51231.41.0127.62.40.5131.13.6六、振動的測量

振動測量是測量振動強度、頻率及不同頻率下的加速度

把聲級計上的電容傳聲器換成振動傳感器，就可以用于振動測量（1）減少和消除振源1）隔離振源。2）改進生產(chǎn)工藝，如用液壓、焊接代替鉚接可消除或減少振動。3)增加設備的阻尼，如采用吸振材料、安裝阻尼器或阻尼環(huán)、附加彈性阻尼材料等，以減輕設備的振動。對于可能引起機械振動的陳舊設備，應定期檢查、維修或改造。4）采取隔振、吸振、阻尼等措施來消除或減小振動，阻止振動的傳播，最大限度地減少振動對人體的不良影響。例如設計減振座椅、彈性墊，以緩沖振動對人的影響

七、振動的控制與防護5)采用鋼絲彈簧類、橡膠類、軟木類、氈板、空氣彈簧和油壓減振器等多種形式的減振器。6)降低設備減振系統(tǒng)的共振頻率?？赏ㄟ^減少系統(tǒng)剛性系數(shù)或增加質(zhì)量來降低共振頻率。例如，風扇、吹風機、泵、空氣壓縮機等，常用增加質(zhì)量的方法來降低共振頻率。（2）個體防護。使用防振手套，在全身振動時使用防振鞋等。由于防振鞋內(nèi)有由微孔橡膠做成鞋墊，利用其彈性使全身減振。對于坐姿作業(yè)人員，可使用減振