人因工程第七章.ppt
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1、第七章 环境噪声,人因工程,目 录,第一节 声音与听觉 第二节 噪声及其危害 第三节 噪声的评价指标 第四节 噪声的控制措施,声音的基本概念 声音的物理度量 人耳对声音的主观感觉,第一节 声音与听觉,声音是由物体的机械振动产生的。振动的物体(固定、气体或液体)称为声源。声音从声源传入人耳需要媒介(固定、气体或液体)。声音是依靠媒质质点在平衡位置往返振动由近及远的传播,这种传播形成声波。频率、波长和声速是描述声波的三个重要物理量。,一、声音的基本概念,声压 在没有声波存在时,媒介中的压力称为静压。声波对媒介作用,使其质点受到挤压而产生压力变化,这时媒介中的压力与静压之差称为声压。比如在空气中,由
2、于声波扰动,使正常大气压附加了一定的压力,该附加压力就是声压。声压用P表示,单位是Pa。声压是表示声音强弱的物理量。,二、声音的物理度量,声压 对正常人,人耳能够听到1000Hz纯音的声压为210-5Pa,这只有一个大气压的五十亿分之一,该声压称为听阈声压。而声压达20 Pa(一个大气压的千分之几)时,会感到震耳欲聋,使人耳产生疼痛感,该声压称为痛阈声压。,二、声音的物理度量,声压级 人耳可听声的声压最强与最弱之间的比约为106,相差百万倍,使用起来很不方便。韦伯(EHWeber)范希纳(GTFechner)的研究表明:感觉的大小与刺激量的对数成正比。故既考虑使用上的方便,又考虑人的感觉特性,
3、在声音度量中引入声压级。,二、声音的物理度量,声压级 声压级是指声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20。用符号Lp表示,单位是dB,其表达式为 Lp 20lg P P0 式中 P声压(Pa); P0基准声压,P0210-5Pa。,二、声音的物理度量,声压级的合成法则 根据能量合成原则可知,若在某点分别测得几个声源的声压为P1,P2,Pn,则在该点测得的总声压P总满足: 2 n 2 P总 P i (i=1,2,n) i=1,二、声音的物理度量,求声源声压级。设在某点测得的几个声压级为LP1,LP2,LP3,LPn,由声压级的定义可知: Lpi 10lg Pi 2 P0 可得 Pi 2 10
4、0.1 Lpi P0 n Lp总 10lg 100.1 Lpi (i=1,2,n) i=1,二、声音的物理度量,求总声压级。某一声源的声压级,总是在一定的背景声源下测得。要准确地了解声源的声压级,必须从总声压级中剔除背景声源的影响。 P源 2 P总 2 P背 2 P0 P0 P0,二、声音的物理度量,声功率 声源在单位时间内发出的总声能称为声功率。声功率是反映单位时间声源辐射声能大小的物理量,与声压有着密切的联系。,二、声音的物理度量,声功率级 一个声源的声功率级等于此声源的声功率与基准功率的比值取对数的10倍,用符号LW表示,单位是dB,其表达式为 LW 10lg W W0 式中 W声功率(
5、W); W0基准声功率,W010-12W。,二、声音的物理度量,频谱 将声源发出的声音强度(声压、声功率级、声压级)按频率顺序展开,使其成为频率的函数,并考察变化规律称为频谱分析。通常以频率(或频带)为横坐标,以反映相应频率成分强弱的量为纵坐标,把频率与强度的对应关系用图形表示,称为频谱。,二、声音的物理度量,频程 两个声信号频率间的距离称为频程,它以上限频率f1和下限频率f2之比的对数表示,此对数通常以2为底 n lg2 f1 或 f1 2 n f2 f2 式中n为倍频程数。,二、声音的物理度量,在实际分析中,通常以倍频或13倍频程进行分析。一个倍频程就是上限频率比下限频率高一倍,但13倍频
6、程并不是上限频率与下限频率高13倍,而是上限频率为下限频率的213321.26倍。,二、声音的物理度量,倍频程通常用它的几何中心频率f0代表,中心频率与上、下限频率之间的关系为 f0f1 f2 这里的f0是一个频率,但它却代表一个倍频程的频率范围。,二、声音的物理度量,目前,国际上对倍频程的分法已通用化了。通用的倍频程f0及每个频带包括的频率范围如表61所列,其中10个频程已把可闻声(20Hz20kHz)全部包括进来,因而使测量和分析工作得到简化。,二、声音的物理度量,二、声音的物理度量,响度级 响度级等于根据听力正常的听音判断为等响的1kHz纯音的声压级。用LN表示,单位是方(phon)。当
7、其它频率的纯音和1kHz纯音一样响时,该纯音的响度级与1kHz的纯音是一个响度级,即等于1kHz纯音的声压级数值。,三、人耳对声音的主观感觉,典型听者认为响度相同的纯音的声压级与频率关系的曲线称为等响度曲线,即把不同频率、不同声压级、但给人耳感觉一样的点用一条曲线连接起来,描出等响度曲线(图63)。,三、人耳对声音的主观感觉,三、人耳对声音的主观感觉,响度 响度级虽然定量地确定了响度感与频率、声压级的关系,却不能确定两个声音的响度相差多少。例如,80方的声音比50方的声音响多少倍?为此,人们又引出了响度的概念。响度是听觉判断声音强弱属性的主观度量,根据它可以把声音排成由轻到重的序列。它与人对声
8、音的主观感觉成正比。响度用符号N表示,单位是宋(sone),并定义一宋为40方。,三、人耳对声音的主观感觉,响度与响度级的关系为: N20.1(LN40) 或LN4033.22lgN 响度级每增加10方,响度增加1倍。40方为一宋,50方为2宋,60方为4宋。用响度声音的大小,可以直接计算出声音响度增加或减少的百分数。,三、人耳对声音的主观感觉,声级 在噪声测量中,为了使声音的客观物理量与人耳听觉的主观感受近似取得一致,必须在测量仪器中,对不同频率的客观声压级人为给予适当增减,这种修正的方法称为频率计权。实现这种频率计权的电网络称为计权网络。经过计权网络测得的计权声压级称为声级。,三、人耳对声
9、音的主观感觉,具体方法是在声级计的放大线路中,插入A、B、C三个计权网络,A网络是模拟人耳对40方纯音的响应,与40方的等响度曲线倒立后的形状近似,它使接收、通过的低频(500Hz以下)声音有较大衰减。B网络是模拟人耳对70方纯音的响应,与70方等响度曲线倒立后的形状接近,它使接收、通过的低频声音有一定衰减。C网络是模拟人耳对100方纯音的响应,与100方等响度曲线倒立后的形状接近,在整个可听频率范围内有近乎平直的特性,它让所有频率的声音以近乎一样的程度通过。,三、人耳对声音的主观感觉,噪声及其分类 噪声对听力的损伤 噪声对其它生理机能的影响 噪声对心理状态的影响 噪声对语言通讯的影响 噪声对
10、作业能力和工作效率的影响,第二节 噪声及其危害,噪声泛指一切对人们生活和工作有妨碍的声音,凡使人烦恼、不愉快的声音都叫噪声。 噪声的定义不单纯由声音的物理性质所决定,而主要取决于人们的生理心理状态。,一、噪声及其分类,按照人们对噪声的主观评价分 过响声:很响的使人烦躁不安的声音,如织布机的运行声;妨碍声:声音不大,但妨碍人们的交谈、学习、思考和睡眠;刺激声:刺耳的声音,如汽车刹车声;无形声:日常被人们习惯了的低强度噪声。,一、噪声及其分类,按噪声随时间变化特性分 稳定噪声:声音的强弱随时间变化不显著,其波动小于5dB;周期性噪声:声音强弱呈周期变化;无规律噪声:声音强弱随时间无规律变化;脉冲噪
11、声:突然爆发又很快消失,其持续时间小于1s,间隔时间大于1s,声级变化大于40dB的噪声。,一、噪声及其分类,按噪声源的特点分 工业噪声:工业生产产生的噪声;交通噪声:交通工具产生的噪声;社会噪声:社会活动和家庭生活引起的噪声。,一、噪声及其分类,由于接触噪声而引起的听力损失,称为噪声对听力的损伤。听力损失定义为人耳在某一频率的听阈较正常人的听阈提高的分贝数。,二、噪声对听力的损伤,噪声对听力的损伤有下述几种情况: 听觉疲劳 噪声性耳聋 爆发性耳聋,二、噪声对听力的损伤,影响听力损伤程度的因素 噪声强度 暴露时间 噪声频率,二、噪声对听力的损伤,对神经系统的影响 在噪声环境长期作用下,会导致中
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