第六章工作环境噪声及振动.ppt

工作环境 噪声及振动 主要内容 三 噪声测量及评价标准 四 噪声控制 二 噪声及其对人的影响 一 声音及其度量 五 振动环境 一 声音的性质及度量 物体的振动产生声音 振动发声的物体被称为声源 声音的形成是由振动的发生与传播这两个环节组成 没有振动就没有声音 没有介质来传播振动也听不到声音 声音的频率 声音的波长 声音传播的速度是描述声波的三个重要的物理量 1 声音的基本概念 1 频率声源每秒钟振动的次数称为频率 以f表示 单位为赫兹 Hz 人耳能感受到的频率是20 20000HZ 在声频范围内 声波的频率愈高 声音显得愈尖锐 反之 显得低沉 2 波长声波在媒介中一个波动的周期内传播的距离称为波长 记作 单位为m 3 声速声波在媒介中传播的速度称为声速 用c表示 单位为m s 频率 波长和声速之间的关系 2 声音的度量 1 声压和声压级 声压指媒介中有声波存在时的压力与没有声波存在时的静压之差 它是表示声音强弱的物理量 声压的物理单位是Pa 一个健康的人可以感知到的最微弱的声音是2 10 5Pa 2 10 5Pa的压力波很低 只能引起内耳耳膜的不足一个原子直径的偏移 耳朵同样可以忍受最高至20Pa的声压 为了适用如此广泛的声压范围 人们引入了一个对数来衡量声压 声压级 SPL 其单位为分贝 dB 声压级指声压与该基准声压之比的以10为底的对数乘以20 声压级用听力的最低极限2 10 5Pa为基准声压 其表达式为 式中 SPLdB代表声压级 单位为分贝 dB P为声压 单位为Pa P0为基准声压 即2 10 5Pa 正常人耳刚能听到的最低声压称为听阈声压 使人耳产生疼痛感觉的声压称痛阈声压 三 频谱分析 什么是频谱 各种声源发出的声音大多是由许多不同强度 不同频率的声音复合而成 具有不同频率 或频段 成分的声波具有不同的能量 这种频率成分与能量分布的关系称为声的频谱 什么是频谱分析 将声源发出的声音强度按频率顺序展开 使其成为频率的函数 并考察变化规律 称为频谱分析 什么是频程 为了便于实际测量和分析 人为地把声频范围划分为几个小的频段 在每一个频段中 上限频率与下限频率之间的距离称为频程 它以上限频率和下限频率之比的对数表示 此对数通常以2为底 或式中为倍频程数 为上限频率 为下限频率n 1为1个倍频程 n 1 3为1 3倍频程 表6 3倍频程的频率范围 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 f0是一个频率 代表一个倍频程的频率范围 频谱图各频率成分与能量分布关系的图形称为频谱图以频率为横坐标 以声压级 或声功率级 为纵坐标进行绘图 如图所示 2 人耳对声音的主观感觉 人耳对声音大小的主观感觉不仅与声压有关 而且与声音频率有关 人耳对高频声音感觉比较灵敏 对低频声音感觉比较迟钝 声压或声压级只能表示声音在物理上的强弱 不能表征人对声音的主观感觉 即对于不同频率的声音 尽管声压级相同 但人耳的主观感觉是不一样的 因此 必须建立评价人耳对声音的主观量度的物理量 声音的响度级与响度 响度级是人们对噪声进行主观评价的一个基本量 用LN表示 单位为方 phon 选取1000Hz的纯音作基准音 凡是听起来和该纯音一样响的声音 不论其声压级和频率是多少 它的响度级 方值 就等于该纯音的声压级数 即与该声音同样响度的1000赫兹纯音的声压级 等响度曲线 声音的响度 声音的响度是人耳对声音强度所产生的主观感觉量 它与人对声音响亮程度的主观感觉成正比 响度以N表示 单位为宋 song 响度与响度级的关系式为 响度与声音的频率和强度有关 当声压级一定时 频率越高 人耳感觉越响 而当频率一定时 声压级越高 人耳感觉越响 计权声级 声级通过计权网络测得的声压级称为计权声级 简称声级 为使噪声测量结果与人对噪声的主观感觉量一致 通常在声学测量仪器中 引入一种模拟人耳听觉在不同频率上的不同感受特性的计权网络 对被测噪声进行测量 通过计权网络测得的声压级称为计权声级 简称声级 它是在人耳可听范围内按特定频率计权而合成的声压级 频率计权电网络在声学测量仪器中 通常根据等响度曲线 设置一定的频率计权电网络 使接收的声音按不同程度进行频率滤波 以模拟人耳的响度感觉特性 一般设置A B和C三种计权网络 其中A计权网络是对强度在55dB以下噪音的频率特性的模拟 相当于模拟人耳对40方纯音的响度 B计权网络是对55 85dB中等强度噪音的频率特性的模拟 相当于模拟人耳对70方纯音的响度 C计权网络是对85dB以上噪音的频率特性的模拟 相当于模拟人耳对100方纯音的响度 三者的主要差别是对噪声低频成分的衰减程度 A衰减最多 B次之 C最少 A计权声级由于其特性曲线接近于人耳的听感特性 因此是目前世界上噪声测量中应用最广泛的一种 B C已逐渐不用 A B C声级不同计权网络测量的结果 分别标以dB A dB B 或dB C 称为A声级 B声级 C声级 近年来研究表明 无论声强多大 A声级都能较好地反映人耳的响应特征 所以 如无特殊说明 基本都用A声级表示噪声评价指标 当人们遇到的噪音是起伏的不连续的噪音时 用等效连续声级评价 等效连续声级是指某一段时间内的A声级能量平均值 简称等效声级或平均声级 用符号Leq表示 单位是dB A 几种常见声源的A声级 二 噪声及其对人的影响 噪声 最简单的定义就是人们不想听到的让人烦躁的一切声音 1 噪声的来源 1 工业噪声工业噪声主要包括空气动力噪声 机械噪声和电磁噪声 2 交通噪声交通噪声主要指的是机动车辆 火车 飞机和船舶噪声 3 建筑施工噪声建筑施工噪声声音强度很高又属于露天作业 因此污染也十分严重4 社会噪声社会噪声主要指社会活动和家庭生活所引起的噪声 工业噪声的峰值 以dB A 表示 在各种工作场所的噪声级 办公场所常用的噪声级 办公室设备的噪声水平 2 噪声的影响 1 对听力的影响 暂时性听力损伤 或者叫听觉疲劳 当遭受强烈的声音刺激之后 人们常常会感觉听力暂时下降了 在停止接触噪音声后 听觉的恢复可从几分钟延长到几小时甚至几十小时 这种现象特征是暂时的听域漂移或听觉疲劳 强烈而重复的剧烈的声音刺激可以导致听力下降听力损伤的类型 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 双耳完全失聪 这种情况的耳聋称为爆发性耳聋 永久性听力损伤 永久的听阈漂移成为永久性听力损伤 即耳聋 根据国际标准化组织 ISO 1964年的规定 500Hz 1Hz 2Hz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导致永久性听阈位移 当听阈位移达25 40dB时为轻度耳聋 当听阈位移达40 55dB时为中度耳聋 当听阈位移达55 70dB是为显著耳聋 当听阈位移为70 90dB时为严重耳聋 当听阈位移为90dB以上为极端耳聋 不同年龄的人的平均听力损失情况 与年龄有关的听力损失 2 噪声对生理和心理影响 噪声会导致如下生理影响 血压升高 心跳加快 使皮肤血管收缩 新陈代谢加快 降低消化能力和加大肌肉张力等 噪声环境会对睡眠造成如下影响 严重缩减睡眠的整体时间 减少深度睡眠时间 增加醒着或者轻度睡眠的时间 增加被唤醒的次数 延长进入睡眠的时间 导致烦躁 经验告诉我们 许多噪声会影响人们的情绪 3 对工作绩效的影响 噪声对体力劳动的影响很小 但对那些需要集中精神思考和反应的脑力劳动来说 吵闹的环境比安静的环境要艰难得多 归纳起来 噪声对绩效的负面影响包括以下三个方面 第一 打扰复杂的脑力活动 影响需要较高技能和信息阐述等活动的特定绩效 第二 使得学习某些技巧变得更加困难 第三 断断续续的或者意外的高强度噪声 90dB以上 会损害脑力劳动的绩效 对噪声来源的调查问卷统计 交谈办公设备电话来回走动外部噪音 4 办公室的噪声影响 在工作场所进行语言交流 一个声音由于其他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效应 语言干扰级是评价噪声对语言通讯干扰程度的评价参量 国际标准化组织最新规定 500HZ 1000HZ 2000Hz 4000Hz为中心频率的4个声压级的算数平均值定义为语言干扰级 谈话声压级比语言干扰级低10dB 就完全听不清 噪声对信号的掩蔽作用 常给生产带来不良结果 5 噪声对语言交流的影响 三 噪声测量及评价标准 1 噪声的测量 1 室内噪声的测量测量噪声用声级计 测量室内噪声时 将声级计传声器放在操作人员耳朵处或放在工作面附近 选择若干个测点 进行测量 若噪声有明显变化或出现间隙 则还应测量等效连续声级 数字式声级计 1 外形尺寸小于30cm的小型设备 测点距其表面30cm左右 2 外形尺寸在30 100cm的中型设备 测点距其表面50cm左右 3 外形尺寸大于100cm的较大型设备 测点距其表面100cm左右 4 大型或特大型设备 测点距其表面100 500cm左右 2 机器设备噪声的测量 测量机器设备噪声时 将测点均匀地布置在所测机器周围 一般为4 8个 测点布置高度一般在所测设备的中间处 交通车辆噪声的测量测量行驶中的车辆的噪声 应在平坦开阔的区间中进行工作 测量行驶时车内的噪声 要求车窗紧闭 测点选择在车内中央且离地1 2m处 在司机 乘客的头部附近 分别记录加速 满载 惯性行驶及制动时的情况 测量行驶时车外的噪声 测点取距离车体中心线7 5米 距地面或轨道上方1 2m高处 3 交通车辆噪声的测量 1971年ISO噪声暴露听力保护标准 1 国外噪声标准 2 噪声评价标准 噪声控制标准分三类 一是基于对作业者的听力保护提出的 以等效连续声级为指标 二是基于降低人们对环境噪声烦恼度而提出的 以等效连续声级为指标 三是基于改善工作条件 提高效率而提出的 以语言干扰声级为指标 我国工业企业的噪声允许标准 环境噪声标准 建议值 城市区域环境噪声标准 四 噪声的控制措施 减少噪声源 a 降低机械噪声选择发声小的材料 内耗大的高阻尼合金或高分子材料 改变机械传动方式改进设备机械结构 提高箱体或机壳的刚度 b 降低空气动力性噪声空气动力性噪音主要由气体涡流 压力急骤变化和高速流动造成的 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 减少涡流 控制噪声传播 对工厂各区域合理布局调整声源的指向充分利用天然地形采用吸声 隔声 消声等措施采用隔振与减振措施 利用防护装置保护听力 使用个人防护用具 是减少噪声对接受者产生不良影响的有效方法 防护用具常用的有橡胶或塑料制的耳塞 耳罩 防噪声帽以及塞入耳孔内的防声棉 加上腊或凡士林 等 不同材料的防护用具对不同频率噪声的衰减作用不同 因此 应根据噪声的频率特性 选择适宜的防护用具 个人听力保护 案例 高架道路交通噪音和防噪屏设置 交通噪声一直是城市坏境噪声中的主要来源 在噪声传播途径中把声音隔绝起来是噪声控制最有效的方法之一 防噪屏是最常见的措施 高架道路上的防噪屏设计 隔声屏障的作用和应用 隔声屏障能使声能衰减 是利用声波的反射和衍射原理 在板后形成声影区 在声影区中噪声可以得到衰减在上海 深圳及北京等大城市的高架道路两旁先后建起了不同形式和结构的道路隔声屏 五 振动环境 1 振动的概念与性质 1 振动的概念振动是物质在一个固定点附近的来回摆动 对于人体来说 振动产生于某种工具 运输设备 其他与人接触的机械等的规则或不规则的周期移动 从而引起人体从其静止的位置发生位移 机械振动由于能够引起人体肢体和重要器官改变位置 因此受到关注 振动变量 振动的基本物理量主要包括 位移 频率 速度和加速度 位移表示振动作用的强度 加速度与作用力成正比 频率是寻找振源 分析振动的重要依据 频率和加速度是评价振动对人体健康影响的重要参数 在振动研究中 振动的度量常采用加速度级 单位为分贝 是振动加速度与基准加速度之比的对数乘以20 基准加速度值为10 5m s2 与振动有关的几个问题 a 人体振动的点 从人因工程的角度来看 振动进入人体的3个部位是 臀部 脚部 手部 b 振动方向 对于人的主干 振动方向一般是垂直的 对手和手臂来说 摆动方向通常与手和手臂的连线垂直 c 振动频率 人体对低频反应的主要现象是身体共振 使人产生不适 而对于高频 振动能量在人体内的传递率逐渐衰减 其生物效应也相应减弱 d 振动的加速度 在对生理影响很重要的频率范围内 振动的加速度通常用来衡量振动量 d 持续期的影响 振动持续时间越长 病理的影响越大 e 阻尼 任何系统的振动都会受到阻尼的影响 阻尼会导致振幅变小 2 人体对振动频率的反应 2Hz以上的频率的诱导振动不会使人体以一个整体以相同的自然频率振动 身体的不同部位对不同频率的诱导振动的反应各不相同 由于人体不同部位和系统有各自的固有频率 所以当人体承受的振动频率接近或等于某一部位的固有频率时 就会产生共振 共振使得生理效应增大 如果是重要器官发生共振 则人体的反应最强烈 振动频率与人体振动特性 操作振动频率在30Hz以上的机器会引起手指 手和手臂的共振 可引起局部或全身振动病 电动工具的振动频率一般在40 300Hz 振幅为0 2 5mm 当人们使用这类电动工具时 其局部振动对手造成很大的损害 其典型表现为白指病 局部振动对人体的影响 机动化手持工具的振动 3 工作场所振动的测量 振动的影响 振动对生理的影响 振动会严重影响人的视觉感知 精神运动的绩效以及肌肉组织 同时循环系统 呼吸系统和神经系统等也会有反应 只是程度会轻点 振动可能会引起肌肉反应 拉伸的肌肉会收缩 这是人体的自我保护功能 当某人处于强烈的振动中的时候 常常会发现的能量消耗增大 心跳和呼吸加快 振动对新陈代谢 循环系统和呼吸系统的影响较小 不显著 但是 血管周围的括约肌的收缩反应会严重阻碍相应部位的血液循环 从而导致各种诸如关节炎 脊椎疾病 萎缩症 重复性紧张损伤等疾病 振动对心理的影响 人对振动的主观感觉是被动接受和负担 人们对此的表述从稍微不安到令人无法忍受的厌恶差异较大 下面曲线表示了人们对不同的频率和振动加速度的相同强度的主观感受 从研究的结果来看 可以将垂直振动对坐姿的人的影响作如下的总结 1 人的主观振动感觉最强的频率范围为4 8Hz 2 人体振感为 非常强烈 的平均域值为1g加速度 3 当加速度为1 5g时 振动就会变得非常危险且无法忍受 4 对站立人体的类似测试表明 与坐姿相比 当振动要稍强一些时 人们才会有相同的主观振动感受 3 振动对绩效的影响 振动对视力的不利影响非常重要 因为它会损伤拖拉机 卡车 建筑机械以及其他运输机械的司机的工作效率 增大事故风险 振动会使视觉敏锐度降低 视野会变得模糊且不稳定 通常来说 2Hz以下的振动对视觉能力没有影响 只有在4Hz以上的振动 才会造成可测量的视力失常 其中10 30Hz的对视力的损伤最大 当振动频率为50Hz 摆动加速度为2m s2时 视觉敏锐度会降低一半 振动对操作的影响主要表现为视觉作业效率的下降和操作动作精确性差 振动引起操纵界面的运动可使手控工效降低 这是由于手 脚和人 机界面的振动 使人们的动作不协调 操纵误差大大增加 操作绩效的减少 从频率来看3 5 时追踪成绩下降最大 2 对操作动作的影响 图6 5垂直振动时人的手眼协调的平均动作时问 研究表明 人的主动控制动作被振动引起的手脚非随意动作干扰着 在4 5Hz左右的垂直振动 操作误差最大 1 2Hz的侧向振动 跟踪能力最差 由于强烈振动 使脑中枢机能水平降低 注意力分散 容易疲劳 导致工作效率降低 下面列举一些在各种模拟驾驶测试下 振动的生理心理影响 这些数据都有充分的依据 频率范围为2 16Hz时 特别是4Hz左右 驾驶效率会受到损害 随着振动加速度的增大影响增强 当座椅遭受的加速度大于0 5m s2的时候 驾驶失误增加 当加速度达到2 5m s2 失误会变得非常多 这种振动就应该被评估为危险 振动对绩效的影响 机械振动可以降低效率 在很多情况下 可能导致失误和事故风险增大 振动的控制标准与措施 一般说来 以下情况下的振动是可以忍受的 1 小于2Hz 加速度为3 4g 2 4 14Hz 加速度为1 2 3 2g 3 大于14Hz 加速度为5 9g 1 控制标准 国际标准化组织提出的 人承受全身振动的评价指南 IS02631 1989 E 该标准根据加速度有效值 0 1 20m s2 振动频率 1 80Hz 振动方向 Z轴向 X Y轴向 接触振动持续时间 1分钟到24小时 这四个振动参数制定了全身振动评价的界限曲线 并依据参数之间的关系来评价全身振动对人体的影响 如下图所示 全身振动允许界限 1 疲劳一工作效率降低界限 疲劳 工作效率降低界限是从振动引起人体疲劳 从而影响其工作效率的角度而确立的 超过这个界限 人会产生疲劳 降低工效 图中粗线所示的界限正是疲劳一工作效率降低界限 该界限主要用于劳动环境振动评价 出于对舒服程度 任务精通程度和生理安全方面的考虑 它将1 80HZ频率范围内人体承受的全身振动划分为3种不同的感受界限 2 舒适性降低界限 舒适性降低界限以不影响人的日常活动或工作中的基本动作 如饮食 阅读或书写等 为基础 此界限与保持在振动环境下人体的舒适感有关 疲劳 工作效率降低界限的加速度是它的加速度的3 15倍 即它比疲劳一工作效率降低界限的振动级低10dB 超过这个界限 人可能不舒适 该界限较多用于交通工具振动评价 3 受振极限 或健康界限 受振极限是区分振动强度对人体健康与安全是否有损害的界限 它的加速度是疲劳 工作效率降低界限加速度的2倍 即是比疲劳 工作效率降低界限的振动级高6dB 超过这个