《有声音环境》PPT课件.ppt

人因工程,第7章 声音环境,内容提要,声的基本概念 声的物理度量 噪声的来源与影响 噪声的控制,7.1 声的基本概念,声音的本质,物体在空气中振动，使周围空气发生疏、密交替变化并向外传递，当这种振动频率在20-20000Hz之间时，人耳可以感觉，听到声音。,声音在介质中传播时，介质的质点本身并不随声音一起传递过去，质点在其平衡位置附近来回振动，传播出去的是物质运动的能量，而不是物质本身。声音的本质是物质的波动，因此声音又称为声波。,1 频率f 传声媒介质点每秒钟振动的次数。 声音的频率人感觉为音调的高低。,300Hz，低频声,300-1000Hz，中频声,1000Hz，高频声,2 波长 声波在媒质中振动一次所经过的距离为波长。 3 声速 声音在介质中的传播速度，单位m/s。波长=声速/频率 声速的大小主要与介质的性质和温度有关。 20时，空气中声速为340m/s，空气温度每升高1，声速约增加0.607m/s。 4 声场 介质中有声波存在的区域称为声场。 5 波前（波阵面） 某一时刻声波波动所到达的各点连成的曲面。,声音,纯音：单一频率的声音,复合音：不同频率的纯音组成。,音乐：多种纯音组成，各频率成整倍数关系，波形呈周期变化；,语言：元音周期性变化，辅音非周期性变化，兼有音乐和噪声两种特征；,噪声：各纯音间的频率不呈整倍数关系，波形呈非周期变化。,2声压 表示声音强弱的物理度量。单位为Pa。 人耳能够分辨的最低声压为210-5 Pa（听阈声压），人耳在短时间内能忍受的最大声压为20Pa （痛阈声压 ）。 人耳的听阈范围210-5 20Pa。,7.2声音的物理度量,1 声强衡量声音强弱 概念：声场中在垂直于声波方向上，单位时间内通过单位面积的声能称为声强(I)，单位为W/m2。 实质：声场中某点声波能量大小的度量。 声场中某点声强的大小与声源的声功率，该点距声源的距离，波阵面的形状及声场的具体情况有关。 计算公式：,W为点声源功率。,2. 声压级,人的感觉大小与刺激量的对数成正比。 为了使用上的方便，同时又考虑人的感觉特性，在声音度量中引入声压级.,声压级定义：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（分贝），,式中，P声压（Pa）； P0基准声压，P0210-5 Pa 。,（1）声压级合成（描述各声源的声压级与总声压级关系）,设各声源声压为Pi，总声压为P，由能量合成原则得：,例1 有 5台机器在同一点的噪声级分别为84、88、90、93、95 dB，求它们的总声压级为多少？,解：直接套用公式，得总声压级：,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。,（2）求声源的声压级,由能量合成原理得：,例2，在某背景声源下，测得某声源和背景声源的总声压级为94dB，关闭声源测得背景的声压级为85dB，试求声源的声压级？ 解：,3频谱与频程,倍频程： （P128,表7.1） 将可闻声域（20Hz20kHz）分成10个频程（频带），一个倍频程就是上限频率比下限频率高一倍。,（1）频谱：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（声压、声压级、声功率级）为纵坐标，把声强量按频率顺序展开形成的图形，称为频谱图。 （2）频谱分析：以频谱图为基础，并考察声强量随频率的变化规律。 （3）频程：两个声频率间的距离称为频程(频带)。 通常有两种倍频程表示方法：倍频程和1/3倍频程。,1/3倍频程： 1/3倍频程并不是上限频率比界限频率高1/3倍，而是上限频率为下限频率的 倍。,三噪声的类型 噪声不仅是由声音的物理性质所决定，而主要取决于人们的生理和心理状态。噪声有如下几种分类方法：,1. 按照人们对噪声的主观评价分类 过响声：很响的使人烦燥不安的声音，如机器、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、电锯声。 无形声：日常人们习惯了的低强度噪声，如风扇声、树叶声。,2按噪声源的特点分类 工业噪声：工业生产产生的噪声。 例如：空气动力、机械噪声、电磁等产生的噪声。 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。 例如：商店的音响、卡拉OK声等。,3按照噪声随时间变化特性分类 稳定噪声：声音的强弱随时间变化不显著，其波动小于5dB。例如：机器、织布机的运行声。 周期性噪声：声音强弱呈周期变化。 例如：火车的蒸汽机声、打桩声。 无规律噪声：声音强弱随时间无规律变化。 例如：交通噪声。 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。 例如：冲击、锻打、枪炮声。,四、听力损伤及其类型 1. 什么是听力损失？ 人耳在某一频率的听阈较正常人的听阈提高的分贝数。由于接触噪声而引起的听力损失，称为噪声对听力的损伤。,（1） 听觉疲劳：听觉敏感性降低。 听阈提高约1015dB，但离开噪声环境几分钟即可恢复。这种现象称为听觉适应。 在长期强噪声作用下，听阈提高1525dB，离开噪声环境很长时间才能恢复，这种现象叫做听觉疲劳，属于病理前期状态。 长期在噪声环境中工作产生的听觉疲劳，不能及时恢复会导致永久性听阈位移。,（2）爆发性耳聋： 当声压很大时（如爆炸、炮击），鼓膜内外产生较大压差，导致鼓膜破裂，双耳完全失听，这种情况下的耳聋为爆发性耳聋。,2.噪声对听力的损伤的三种类型：,（3）噪声性耳聋： ISO规定，500Hz、1 kHz、2 kHz三个频率的平均听力损失超过25dB称为噪声性耳聋。,长期在噪声环境中工作产生的听觉疲劳，不能及时恢复会导致永久性听阈位移。 轻度耳聋：2540dB, 中度耳聋：4055dB, 显著耳聋：5570dB, 严重耳聋：7090dB, 极端耳聋： 90dB,五影响听力损伤程度的因素,1. 噪声强度 55dB（A）以下低强度噪声对人的听力没有什么损伤。 5565dB（A）的噪声是产生轻微听力损失的临界噪声强度。 调查研究表明：55dB（A）的噪声，即使终身职业暴露，也只有少数人出现极轻微的听力损失。 65dB（A）的噪声，终身职业暴露，只有10的人产生轻微的听力损失。,主要有三个方面的因素：噪声强度、暴露时间和噪声频率。,2. 暴露时间 每一频率的听力损失都有各自的临界暴露年限，超过此年限，听力下降。最初下降较快，而后逐渐变慢，最后接近停滞状态，即存在一个噪声听力损失临界停滞年限。 听力损失的临界暴露年限和临界停滞年限与测听的频率和噪声强度有关： 例如：暴露于8590dB（A）噪声环境，4kHz听力的临界暴露年限只有几个月；3 kHz和6 kHz听力的临界暴露年限约1年。,3. 噪声频率 不同频率的噪声对听力影响的作用不同。 例如：4 kHz的噪声对听力的损伤最严重，其次3 kHz的噪声，再次是2 kHz和8 kHz的噪声，最后是 8 kHz的噪声。 窄频带噪声、纯音对听力的损伤作用比宽频带噪声更大。,六. 噪声对人的生理机能的影响,2对内分泌系统的影响 中强度（7080dB（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。 高强度噪声（100dB（A）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，嗳气、呕吐，严重的会导致孕妇流产。,1对神经系统的影响 长期在噪声环境下，会导致神经衰弱症状（头痛、头晕、失眠、多汗、乏力、恶心、注意力不集中、记忆减退、神经过敏、惊慌、反应迟缓）。 噪声对神经系统的影响，是由于大脑皮层的兴奋与抑制失调，导致条件反射异常造成的。,3. 对心血管系统的影响 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8090dB（A）噪声情况下。,4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。 调查研究表明：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。,七. 噪声对心理状态的影响,噪声引起人烦恼，如出现烦躁、焦虑、生气等不愉快的心理情绪。 1噪声强度： 噪声强度增大，引起烦恼的可能性随之增大。 2噪声频率： 响度相同而频率高的噪声比频率低的噪声容易引起烦恼。 3噪声稳定性： 噪声强度或频率不断变化比稳定的噪声容易引起烦恼。 4活动性质 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。,八、噪声对语言通讯的影响,噪声对正常的交谈产生影响：听阈升高，清晰度下降。 电话通讯的影响 隐蔽了危险信号，影响听觉的察觉能力。,掩蔽：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。 掩蔽效应：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。,九. 噪声对作业能力和工作效率的影响 在噪声环境里，人们心情烦燥，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发挥与工作效率的提高。 噪声使人精力分散，影响记忆力，造成人反应迟钝、出差错率增加，分散人的注意力，影响工作质量。,打字员：当噪声从60dB(A)下降到40dB(A)时，效率提高30%，出错率下降。 电话交换台: 噪声从50dB（A）降至30dB（A），差错率可减少12。 噪声给人们和社会带来的损失十分可观。据世界卫生组织统计，仅美国由于工业噪声造成的低效率、缺勤、工伤事故和听力损伤赔偿等费用每年达40亿美元。,案例：,（1）响度级,响度级表示缺点： 响度级虽然定量地确定了声音响度感与频率、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。,响度级等于根据听力正常的听音判断为等响的1 kHz纯音的声压级。（主观度量） 用LN表示，单位是方(phon)。,听阈曲线：表示在无噪声的情况下，对应频率的纯音能产生听觉的最小声压级。 痛阈曲线：表示各频率的纯音不能引起听觉，只能引起痛觉的临界声压级。 听阈：由听阈线、痛阈线及20Hz、20kHz四条线所包围的区域。 人耳等响度曲线图,7.4 噪声的评价指标与控制,（2）响度 响度是人耳听觉判断声音强弱属性的主观度量。 响度用符号N表示，单位是宋（sone），并定义一宋（sone）为40方。响度与响度级的关系式为,或,可以看出： 响度级每增加10方，响度增加1倍。40方为1宋，50方为2宋，60方为4宋，。 用响度表示声音的大小，可以直接计算出声音响度增加或减少的百分数。,例3.3 某声音的响度级为100方，经声学处理后，其响度级降为70方，求响度降低的百分数。 解：消声处理前响度为,宋,响度降低百分数=,例如，声压级是40dB，1 kHz时响度级是40方，100Hz时降低为25方，主观感觉上两者相差15方。 声压级是100dB，1 kHz时响度级是100方，100Hz时降低为98方，主观感觉上两者很接近。 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，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。 常用的有三种计权方式：,（3）计权声级 等响度曲线表现了人耳的频率响应特性。人耳对高频声音，特别是30004000Hz的声音比较敏感，而对于低频声音则频率越低越不敏感，当响度级比较低时，这种人耳的主观感觉越为明显。,A计权网络：模拟人耳对40方纯音的响应（代表人耳对低响度声音的感觉），它使接收、通过的低频（500Hz以下）声音有较大衰减。一般测量小于70dB的声音。 B计权网络：模拟人耳对70方纯音的响应（代表人耳对中响度声音的感觉） ，它使接收、通过的低频声音有一定衰减。一般测量小于7090dB的声音。 C计权网络：模拟人耳对100方纯音的响应（代表人耳对高响度声音的感觉） ，它让所有频率的声音以近乎一样的程度通过， 一般测90dB以上的声音。 测量仪器：声级计,注意两点： （1）用这些计权网络测出来的声压级称为声级，相应的声级为：dB(A),dB(B),dB(C) （2）一般来讲，A声级能较好反映人耳对噪声的主观感觉和人耳听力损伤程度以及对语言的干扰程度，因此通常用A声级作为噪声评价的标量。,十.噪声的评价指标,式中，PA(t) 瞬时A计权声压（Pa）； P。基准声压； LPA(t) 变化A声级的瞬时值； T 某测量时间段。,1. 等效连续声级 评价起伏的不连续的噪声。 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,用积分声级计直接测量,对于环境噪声往往不规则且大幅度变动的情况，需要用不同的噪声级出现的概率或累积概率表示。 （1）统计声级定义： 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。 例如：L1070dB(A)表示整个测量期间噪声超过70dB(A)的概率占10，噪声不超过70dB(A)的概率占90。 L5060dB(A)表示噪声超过或不超过60dB(A)的概率各占50。 L9050dB（A）表示噪声超过50dB（A）的概率占90，噪声不超过50dB（A）的概率占10。 L5、L95的意义如此类推。,2. 统计声级,（2）常用三个指标： L10相当于峰值平均噪声级（偶然出现的噪声）。 L50相当于平均噪声级（平均噪声）。 L90相当于背景噪声级（一直都出现的噪声）。,（3）测量方法： 选定一段时间，每隔一定时间（例如5 s）取一个值，然后统计L10、L50、L90等指标。,（5）考虑到交通噪声起伏比较大，交通噪声可采用交通噪声指数TNI进行评价，即,3. 噪声暴露量（噪声剂量）,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。,式中，T测量时间（h）； PA(t)瞬时A计权声压（Pa）。,1（Pa2h）相当于在85dB的噪声环境中工作8h。,4. 语言干扰级（SILSpeech Interference Level） 评价噪声对语言通讯干扰程度的评价参量。,式中，LP500、LP1000、LP2000和LP4000分别为以500、1000、2000和4000 Hz为中心频率的倍频带声压级。,人的语言的声能量主要集中在以500 Hz、1000 Hz和2000 Hz为中心的三个倍频程中，因此对语言干扰最大的也是这三个频率的噪声成分。调查研究表明，4000 Hz频带对语言干扰也有影响。 国际标准化组织（ISO）最新规定：把500、1000、2000、4000 Hz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。实际应用中，将测量的500、1000、2000、4000 Hz 四个倍频程声压级代入下式，便可求得语言干扰级,注意：谈话的总声压级与语言干优级相比较，如果前者高出后者10dB，可以听得清楚。,十二、噪声的控制措施 形成噪声干扰的三要素： 声源传播途径接受者,噪声控制的三条途径： （1）降低声源本身的噪声 （2）控制噪声传播 （3）个人防护,1、声源控制 从根本上解决噪声污染问题，就是进行声源控制。,例4：锯片切割打孔降噪（改变频率）,例3：在球磨机和清砂滚筒中，用橡胶衬板代替金属衬板可 有明显的降噪效果。,例2：对由金属产生的噪声（齿轮、联轴节等），将其中之一采用有机材料（如塑料、电木等），相应噪声降低18dB。如，塑料齿轮传动，皮带传动塑料、高阻尼合金材料等。,(1). 降低机械噪声 a. 改变加工工艺。 例如：切削加工电火花加工，铆接焊接 b. 改变结构或传动设计。,例1：直齿轮传动斜齿轮传动，,(2). 降低空气动力性噪声 空气动力性噪声也称气流噪声，是由气流运动过程中非稳态压力所产生的。 工矿企业的主要空气动力噪声源有：离心式风机、轴流式风机、压缩机及各种高速气流排放装置。 采用消音降噪设计。 2、控制噪声的传播 主要采用阻断、屏蔽、吸噪等措施控制噪声传播。 (l). 全面考虑工厂的总体布局及合理选址 正确估价厂区环境噪声的分布状况，高噪声车间远离低噪声车间和生活区。 调整声源指向，使噪声源指向天空或野外(图)，或设在下风处或厂区中偏僻之处。利用地形（树林、山坡、围墙等）屏蔽阻断。,(2). 隔声和声屏 采用隔声罩把噪声罩起来。图 隔声结构。 例1：大型酒店或公共活动场所的内燃机发电机一般放置在地下室或消音