人因工程第七章.ppt

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2×10-5Pa，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（E·H·Weber）范希纳（G·T·Fechner）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，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，P02×10-5Pa。,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 2 100.1 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（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，会导致中枢神经功能性障碍，表现为植物神经衰弱症候群（头痛、头晕、失眠、多汗、乏力、恶心、心悸、注意力不集中、记忆减退、神经过敏、惊慌、反应迟缓）。,三、噪声对其它生理机能的影响,对内分泌系统的影响 中强度（7080 dB（A）噪声使肾上腺皮质功能增强，这是噪声通过下丘脑垂体肾上腺引起的一种机体对环境的应激反应。高强度（100 dB（A）噪声则使肾上腺皮质功能减弱，这说明刺激强度已经超过机体能够适应的能力。在噪声刺激下，甲状腺分泌也有变化。两耳长时间受到不平衡的噪声刺激时，会引起前庭反应、呕吐、严重的会导致孕妇流产。,三、噪声对其它生理机能的影响,对心血管系统的影响 噪声对心血管系统功能的影响表现为心动过速、心律不齐、心电图改变、高血压以及末稍血管收缩、供血减少等。噪声对心血管系统的慢性损伤作用，发生在8090 dB（A）噪声情况下。,三、噪声对其它生理机能的影响,对消化系统的影响 长期处在噪声环境中，会使胃的正常活动受到抑制，导致溃疡病和胃肠炎发病率增高。据有关研究表明，胃肠功能的损伤程度随噪声强度升高及噪声暴露年限增长而加重，噪声大的行业溃疡病发病率比安静环境下的发病率高5倍。,三、噪声对其它生理机能的影响,噪声会引起烦躁、焦虑、生气等不愉快的心理情绪，称为烦恼。,四、噪声对心理状态的影响,强度对烦恼程度的影响 噪声强度增大，引起烦恼的可能性随之增大。有人曾对大学生进行过实验，在一定噪声条件下，让受试者根据自己的感觉进行投票，表达自己对该强度噪声的烦恼程度。通过对投票结果统计回归，整理出了烦恼度的表达式 I0.1058LA4.793 式中 I烦恼度；LA环境噪声强度（dB（A）。,四、噪声对心理状态的影响,噪声频率对烦恼程度的影响 响度相同而频率高的噪声比频率低的噪声容易引起烦恼。,四、噪声对心理状态的影响,噪声稳定性对烦恼程度的影响 噪声强度或频率不断变化比稳定的噪声容易引起烦恼。,四、噪声对心理状态的影响,活动性质对烦恼程度的影响 在住宅区，60dB（A）的噪声即可引起很大的烦恼，但在工业区，噪声可以高一些。相同噪声环境下，脑力劳动比体力劳动容易引起烦恼。,四、噪声对心理状态的影响,在安静的场合，很微弱的声音都能被听见，如耳语。而在喧闹的环境中，需要提高讲话声音的强度才能听到。一个声音由于其它声音的干扰而使听觉发生困难，需要提高声音的强度才能产生听觉，这种现象称为声音的掩蔽。一个声音的听阈因另一个声音的掩蔽作用而提高的现象称为掩蔽效应。,五、噪声对语言通讯的影响,噪声对信号的掩蔽作用，常给生产带来不良后果。有些危险信号常需采用声信号，由于噪声的掩蔽作用，使作业者对信号分辨不清，因此，很容易造成事故和工伤。据美国某铁路局对造成25名职工死亡的19起事故分析认为，其主要原因是高噪声掩蔽了听觉信号的察觉能力。,五、噪声对语言通讯的影响,在噪声环境里，人们心情烦躁，工作容易疲劳，反应迟钝，注意力不易集中等都直接影响作业能力与工作效率。,六、噪声对作业能力和工作效率的影响,噪声控制标准分为三类：第一类是基于对作业者的听力保护而提出来的，我国的工业企业噪声卫生标准、机床噪声标准均属此类，它们以等效连续声级、噪声暴露量为指标；第二类是基于降低人们对环境噪声烦恼度而提出的，我国的城市区域环境噪声标准、机动车辆噪声标准属于此类，它们是以等效连续声级、统计声级为指标；第三类是基于改善工作条件、提高效率而提出的，室内噪声标准属于此类，该类以语言干扰级为指标。,第三节 噪声的评价指标,A声级较好地反映了人耳对噪声的频率特性和主观感觉，这对于连续稳定的噪声是一种较好的评价指标，但人们经常遇到的是起伏的不连续的噪声，为此引入等效连续声级的概念。,一、等效连续声级,等效连续声级是在某规定时间内A声级能量平均值，用符号Leq表示，单位是dB（A）。等效连续声级可由下式表示 Leq 10lg 1 T PA（t ） 2 dt T 0 P0 10lg 1 T 100.1LPA（t ）dt T 0 式中 PA（t ）瞬时A计权声压（Pa）； P0基准声压； LPA（t ）变化A声级的瞬时值； T某测量时间段。,一、等效连续声级,由于环境噪声往往不规则且大幅度变动，因此，需要用不同的噪声级出现的概率或累积概率表示。统计声级表示某一A声级，且大于此声级的出现概率为s%。用符号Ls表示。如L1070 dB（A）表示整个测量期间噪声超过70 dB（A）的概率占10，噪声不超过70dB（A）的概率占90。,二、统计声级,人在噪声环境下作业，噪声对听力的损伤不仅与噪声强度有关，而且与噪声暴露时间有关。噪声暴露量是噪声的A计权声压值平方的时间积分，用符号E表示，其表达式为 ET PA（t）2dt （Pa2·h） 0 式中 T测量时间（h）；PA（t）瞬时A计权声压（Pa）。,三、噪声暴露量（噪声剂量）,人的语言声能量主要集中在以500Hz、1000Hz和2000Hz为中心的的三个倍频程中，因此对语言干扰最大的也是这三个频率的噪声成分。根据最近研究，4000Hz频带对语言干扰也有影响。所以，国际标准化组织（ISO）最新规定，把500、1000、2000、4000Hz为中心频率的4个倍频程声压级算术平均值定义为语言干扰级，单位是dB。,四、语言干扰级,用A声级做为噪声评价的标准，是对噪声所有频率成分的综合反映。但是，A声级不能代替用频带声压级评价噪声。因为不同频谱形状的噪声可以是一A声级值。为了评价稳态环境噪声对人的影响，以及较细致地确定各频带的噪声标准，国际标准组织（ISO TC43）公布一组噪声评价曲线，即噪声评价数曲线（NR曲线）。,五、噪声评价数,NR的具体求法是：对噪声进行倍频程分析，一般取8个频带（638000Hz）测量声压级。根据测量结果在NR曲线上画频谱图，在噪声的8个倍频带声压级中找出接触到的最高一条NR曲线之值，即为该噪声的评价数NR。,五、噪声评价数,感觉噪声级和噪度分别与响度级与响度对应；而感觉噪声级和噪度是以复合音为基础反映人耳对噪声的主观感觉。仿照等响度曲线，人们在大量实验基础上得到与1000 Hz信号相比较的等噪度曲线，见图66。,六、感觉噪声级和噪度,六、感觉噪声级和噪度,噪度用符号PN表示，单位是呐（Ni），1000 Hz倍频程声压级为40 dB时的噪度为1呐，50dB时为2呐。2呐比1呐的噪声有2倍吵的感觉。噪度的分贝标度称为感觉噪声级LPN，它的分贝数就是等噪度曲线上1000 Hz所对应的声压级的分贝数，记为PN dB。,六、感觉噪声级和噪度,声源控制 控制噪声的传播 个人防护 音乐调节,第四节 噪声的控制措施,降低机械噪声 机械性噪声主要由运动部件之间及连接部位的振动、磨擦、撞击引起。这种振动传到机器表面，辐射到空间形成噪声。因此降低机械噪声的措施是：改进机械产品的设计；改善生产工艺。,一、声源控制,降低空气动力性噪声 空气动力性噪声主要由气体蜗流、压力急骤变化和高速流动造成。降低空气动力性噪声的主要措施是：降低气流速度；减少压力脉冲；减少蜗流。,一、声源控制,全面考虑工厂的总体布局。 调整声源指向。将声源出口指向天空或野外。 利用天然地形。 采用吸声材料和吸声结构。 采用隔声和声屏装置。,二、控制噪声的传播,当其它措施不成熟或达不到听力保护标准时，使用耳塞、耳罩等方式进行个人保护是一种经济、有效的方法。,三、个人防护,一般认为，音乐调节是指利用听觉掩蔽效应，在工作场所创造良好的音乐环境，以掩蔽噪声，缓解噪声对人心理的影响，使作业者减少不必要的精神紧张，推迟疲劳的出现，相对提高作业能力的过程。,四、音乐调节,本章习题补充,1。某车间有3台机床，已知每台机床产生的噪声声压级分别为85、91、93dB，当3台机床全部停机时，测得车间噪声声压级为82dB。求3台机床全部开动时，车间总噪声的声压级。（保留小数2位） 2。在背景声源下，我们测得环境的总声压级LP总=94dB,若已知LP背=85dB,请问LP源=？ 解：LP源=10·lg(100.1×94-100.1×85) =10lg(109.4-108.5) =93.4(dB),本章习题补充,1。解: 2。解：LP源=10·lg(100.1×94-100.1×85) =10lg(109.4-108.5) =93.4(dB),什么是噪声？ 噪声的分类有哪几种？工业噪声有哪几个方面？ 什么是听力损失、听觉适应和听觉疲劳？ 噪声对人的心理有哪些主要影响？其影响因素又有哪些？ 简述控制噪声传播有哪些措施？,本章习题,68,谢谢各位 ！,