人因工程課件噪聲及振動環(huán)境.ppt

1、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 物體的振動產(chǎn)生聲音，振動發(fā)聲的物體被稱為聲源。 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,三個重要的物理量 聲音的頻率 聲音的波長 聲音傳播的速度,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, 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 ，為波長（m）；c

2、為聲速（ms）；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,（一）聲壓 聲波在空氣傳播過程中，引起空氣質(zhì)點振動導(dǎo)致空氣壓強變化叫聲壓。 聲壓是表示聲音強弱的物理量，用P表示，單位是帕（Pa）。,二、聲音的物理度量,通常用對數(shù)值來度量聲壓，稱為聲壓級。 式中，Lp為聲壓級（dB）；P 為聲壓（Pa）； P0為基準(zhǔn)聲壓（ P0=2105 Pa）。,（二）聲壓級,表6-1 各種環(huán)境的聲壓和聲壓級,二、聲音的物理度量,二、聲音的物理度量,聲壓級合成法則 在實際噪聲環(huán)境中，往往有多個聲源同時存在，幾個不同的聲源同時作用在聲場中同一點上，它們產(chǎn)生的總聲壓可以通過能量合成的原則進行

3、計算。,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(dǎo),根據(jù)聲壓合成法則有 其中Pi為某聲源聲壓；Pb為背景聲壓 聲壓源聲壓級計算如下,（三）頻譜分析及頻程,頻譜 各種聲源發(fā)出的聲音大多是由許多不同強度，不同頻率的聲音復(fù)合而成。具有不同頻率(或頻段)成分的聲波具有不同的能量，這種頻率成分與能量分布的關(guān)系稱為聲的頻譜。 頻譜分析 將聲源發(fā)出的聲音強度按頻率順序展開，使其成為頻率的函數(shù)，并考察變化規(guī)律，稱為頻譜分析。,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

4、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。 或 式中 為倍頻程數(shù)。 為上限頻率， 為下限頻率,表6-3 1倍頻程的頻率范圍,倍頻程,倍頻程通常用它的幾何中心頻率代表,頻譜圖 各頻率成分與能量分布關(guān)系的圖形稱為頻譜圖 以頻率為橫坐標(biāo)，以聲壓級或聲功率級為縱坐標(biāo)進行繪圖，如圖所示。,AK1300- 汽輪鼓風(fēng)機頻譜圖,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）聲音的響度與響度級,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。用N表示，單位為宋

5、（sone）。 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)就等于該純音的聲壓級數(shù)，即與該聲音同樣響度的1000赫茲純音的聲壓級。,規(guī)定：1宋為40方 響度與響度級的關(guān)系式為：,等響度曲線 （等響度級曲線）,4.2方,3000-4000hz,總 響 度,式中， 為總響度指數(shù)（宋）； 為各頻帶中響度指數(shù)最大者； 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。,（二）計 權(quán) 聲 級,通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級稱為計權(quán)聲級，簡稱聲級。 為使噪聲測量結(jié)果與人對噪聲的主觀感覺量一致，通常在聲學(xué)測量儀

6、器中，引入一種模擬人耳聽覺在不同頻率上的不同感受特性的計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對被測噪聲進行測量。通過計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測得的聲壓級稱為計權(quán)聲級，簡稱聲級。它是在人耳可聽范圍內(nèi)按特定頻率計權(quán)而合成的聲壓級。,頻率計權(quán)電網(wǎng)絡(luò) 一般設(shè)置A、B 和C 三種計權(quán)網(wǎng)絡(luò)： A 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對40 方純音的響應(yīng)，當(dāng)信號通過時，其低頻段（500Hz 以下）的聲音有較大的衰減； B 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對70 方純音的響應(yīng)，它使接收、通過的低頻聲音有一定的衰減； C 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)是模擬人耳對100 方純音的響應(yīng)，在整個可聽頻率范圍內(nèi)有近乎平直的特性。使所有頻率的聲音近乎平直通過。,A、B、C聲級分別表示為dB(A)、 dB(B)、 d

7、B(C) 原來規(guī)定： 70dB以下用A聲級計 7090 dB用B聲級計 90 dB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(yīng)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(biāo)。表6-4 為幾種常見聲源的A 聲級。,表6-4 幾種常見聲源的A 聲級,（三）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 。 L50=60dB，表示聲壓級大于等于60dB

8、的概率為50% 如果聲音的統(tǒng)計特征符合正態(tài)分布，則 其中d值越大，說明聲音起伏越大，分布越不集中。,*各種聲壓級適用場合,A 聲級：連續(xù)穩(wěn)定的噪聲，如無特殊說明，則采用此聲級作為噪聲評價標(biāo)準(zhǔn) 等效連續(xù)聲級：起伏不連續(xù)噪聲、平均值 統(tǒng)計聲級：噪聲大小變化不規(guī)則且變動幅度大,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 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 交通噪聲主要指的是機動車輛、火車、飛機和船舶噪聲。 建筑施工噪聲 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(yán)重 社會噪聲 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,持續(xù)性的

9、強烈噪聲會使人的聽力受到損害 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 對內(nèi)分泌和心血管系統(tǒng)的影響 對消化系統(tǒng)的影響,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 脈沖噪聲比連續(xù)噪聲的影響更甚，響度越大影響也越大,五、噪聲對語言交流的影響,聲音的掩蔽效應(yīng) 一個聲音的 聽閾因為另外一聲音的掩蔽作用而提高的現(xiàn)象 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 把500、1000、2000、4000HZ為中心頻率的4個聲壓級的算數(shù)平均值定義為語言干擾級，單位dB,六、噪聲對作業(yè)能力和工效

10、的影響,噪聲直接或間接地影響工作效率 噪聲干擾對人的腦力勞動的影響,第三節(jié) 噪聲測量及評價標(biāo)準(zhǔn),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(yīng)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(shè)備，測點距其表面30cm左右。 （2）外形尺寸在30100cm的中型設(shè)備，測點距其表面50cm左右。 （3）外形尺寸大于100cm的較大型設(shè)備，測點距其表面100cm左右。 （4）大型或特大型設(shè)備，測點距其表面100500cm左右。,（二）機器設(shè)備

11、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(yīng)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(biāo)準(zhǔn),一類：等效連續(xù)聲級為指標(biāo) 基于對作業(yè)者的聽力保護 二類：等效連續(xù)聲級、統(tǒng)計聲級為指標(biāo) 基于降低人們對環(huán)境噪聲煩惱度 三類：語言干擾聲級為指標(biāo) 基于改善工作條件，提高工作效率,(一)國外噪聲標(biāo)準(zhǔn) 聽力保護的噪聲標(biāo)準(zhǔn)（A聲級） 環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn) (二

12、)中國噪聲標(biāo)準(zhǔn),二、噪聲評價標(biāo)準(zhǔn),表6-5 聽力保護的噪聲標(biāo)準(zhǔn)（A聲級）,1.國外聽力保護的噪聲標(biāo)準(zhǔn)（A聲級）,1971年ISO提出的ISORl996環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)是：住宅區(qū)室外噪聲標(biāo)準(zhǔn)為3545dB(A)。不同時間應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)見表6-9 。,表6-6 不同時間環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)修正表,2.國外環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn),表6-7 不同地區(qū)環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)修正表,2.國外環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn),表6-8 室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn)修正表,2.國外環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn),表6-9 非住宅區(qū)室內(nèi)噪聲標(biāo)準(zhǔn),2.國外環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn),（二）中國噪聲標(biāo)準(zhǔn),我國曾先后公布了多個重要的噪聲標(biāo)準(zhǔn)，如工

13、業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、城市環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)和機動車輛噪聲標(biāo)準(zhǔn)等。 2002年經(jīng)國家衛(wèi)生部正式工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GBZ 1-2002中規(guī)定： 具有生產(chǎn)性噪聲的車間應(yīng)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(shè)備應(yīng)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(shè)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(biāo)準(zhǔn),表6-11 非噪聲工作地點噪聲聲級的衛(wèi)生限值,表6-13 城市5類環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)值*,* 摘自中華人民共和國城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)GB309693,第四節(jié) 噪聲控制,聲源控制 控制噪聲的傳

14、播 操作者的聽力保護：使用防聲工具,控制聲源,降低機械噪聲 選擇發(fā)聲小的材料 改變機械傳動方式 改進設(shè)備機械結(jié)構(gòu) 降低空氣動力性噪聲 降低氣流速度 減少壓力脈沖 減少渦流,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，屏障或綠化來阻斷、隔斷或減弱噪聲傳播 采用吸聲、隔聲、消聲等措施 采用隔振與減振措施,第五節(jié) 振動環(huán)境,人體振動特性 人體對振動頻率的反應(yīng) 振動對人體的影響 振動對工效的影響 振動的評價 振動的測量 振動的控制與防護,一、人體振動特性,人體是一個復(fù)雜的振動系統(tǒng)，其動力學(xué)效應(yīng)主要由頻率響應(yīng)和幅度響應(yīng)構(gòu)成 。 人體頻率響應(yīng)特性分為低頻反應(yīng)部分和高頻反應(yīng)部分，

15、其分界點大致是50 Hz 。,二、人體對振動頻率的反應(yīng),人體對低頻反應(yīng)的主要現(xiàn)象是身體共振。 振動能量在人體內(nèi)的傳遞率逐漸衰減，其生物效應(yīng)也相應(yīng)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(yīng),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(dāng)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(yīng)增大。如果是重要的器官發(fā)生了共振，則人體的反應(yīng)最強烈。,1.全身振動對人體的影響,

16、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（大腦皮層功能下降，反應(yīng)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、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(yīng)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12 Hz的輕度振動感覺輕松和舒適； 對48 Hz的中度振動，感覺十分不適。

17、,3. 振動的心理效應(yīng),四、振動對工效的影響,對人體視覺的影響 對操作反應(yīng)的影響,振動對視覺績效的影響主要有兩種情形： 視覺對象處在振動環(huán)境中； 觀察者處于振動環(huán)境中。,（1）對視覺辨認(rèn)績效的影響,圖6-4人受橫向水平振動時的選擇反應(yīng)時間,通過手或足操縱控制器以追蹤某一活動目標(biāo)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(biāo)準(zhǔn) 1國際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的“人承受全身振動的評價指南” IS02631-1989（E） 該

18、標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)： 加速度有效值（0.120m/s2） 振動頻率（1/3倍頻程的中心頻率，180 Hz）、 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） 利用這四個振動參數(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(biāo)準(zhǔn),圖6-6 全身振動允許界限,出于對舒服程度、任務(wù)精通程度和勝利安全的考慮，將1-80HZ頻率范圍內(nèi)人體承受的全身振動劃分為3種感覺界限。 (1)疲勞一工作效率降低界限。該界限用于勞動環(huán)境振動評價。 (2)舒適性降低界限。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

19、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。 (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6 dB，超過這個界限，會影響人體健康與安全。,（一）振動評價標(biāo)準(zhǔn),GBZl-2002工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)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5 m/s2，接振時間少于4小時可按表6-17適當(dāng)放寬。,2我國振動控制標(biāo)準(zhǔn),表6-17 局部振動強度衛(wèi)生限值,2我國振動控制標(biāo)準(zhǔn),表6-18 全身振動強度衛(wèi)生限值,六、振動的測量,振動測量是測量振動強

20、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。這是減少振動最根本的措施。 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(shè)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(shè)備的振動。對于可能引起機械振動的陳舊設(shè)備，應(yīng)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(shè)計減振座椅、彈性墊，以緩沖振動對人的影響 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(shè)備減振系統(tǒng)的共振頻率。可通過減少系統(tǒng)剛性系數(shù)或增加質(zhì)量來降低共振頻率。例如，風(fēng)扇、吹風(fēng)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。,七、振動的控制與防護,（2）個體防護