人因工程学第6章噪声及振动环境

第六章噪声及振动环境一、声音及其度量二、噪声及其对人的影响三、噪声丈量及评价规范四、噪声控制五、振动环境六、特殊任务环境七、案例：高架道路交通噪音和防噪屏设置噪音长期在噪音环境下，会引起机体内分泌功能紊乱。假设长时间处于噪音环境中，会刺激人的神经系统，使人急躁、易怒，还会引起神经衰弱症候群(如头痛、头晕、耳鸣、记忆力衰退等)，影响睡眠呵斥疲倦，从而使身体激素分泌紊乱。第一节声音及其度量一、声音的根本概念

物体的振动产生声音，振动发声的物体被称为声源。声音的构成是由振动的发生与传播这两个环节组成。第一节声音及其度量三个重要的物理量声音的频率声音的波长声音传播的速度第一节声音及其度量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)。在声频范围内，声波的频率愈高，声音显得愈锋利；反之，显得低沉。波长和声速声波在一个动摇的周期内传播的间隔称为波长,记作λ,单位为m。声波在媒介中传播的速度称为声速，用c表示，单位为m/s。第一节声音及其度量

式中，λ为波长〔m〕；c为声速〔m／s〕；f为频率〔HZ〕。频率、波长和声速之间的关系

二、声音的物理度量〔一〕声压、声压级声压：声波在空气传播过程中，引起空气质点振动导致空气压强变化叫声压。是表示声音强弱的物理量，用P表示，单位是帕〔Pa〕。普通人们说话声的声压约为2×10-2Pa～7×10-2Pa载重汽车行驶产生的声压约为0.2Pa~1Pa凿岩机约为20Pa，而喷气飞机附近约为200Pa～630Pa听阈声压:刚能听到的声音的声压值。痛阈声压:感到疼痛的声音的声压值。二、声音的物理度量声压级为什么引入声压级？声压级是声压与基准声压之比的以10为底的对数乘以20，用符号表示，单位是分贝〔dB〕。P0为基准声压〔P0=2×10-5Pa表6-1各种环境的声压和声压级声压N/m2声压级/dB环境举例声压N/m2声压级/dB环境举例63020063206.32.00.630.201501401301201101009080火箭发射喷气式飞机附近开坯锻锤，铆钉枪大型球磨机大型鼓风机附近纺织车间汽车喇叭声公共汽车上0.0630.0200.00630.00200.000630.000200.0000630.000020706050403020100繁华大街上普通说话微型电机任务时安静房间内轻声说话树叶落下的沙沙声乡村安静夜晚刚刚能听到的声音二、声音的物理度量二、声音的物理度量(二)声压级合成法那么1、声压合成法那么假设在某点分别测得几个声源的声压为P1，P2，…，Pn，该点总声压Pt满足

〔i=1，2，…，n〕

二、声音的物理度量2、声压级合成法那么〔i=1，2，…，n〕

二、声音的物理度量声压级合成法那么推导:由声压级的定义可知二、声音的物理度量故:因此，总声压级二、声音的物理度量3、求背景声压级Pb，Pt为总声压级，Pi为声源声压级。

根据声压合成法那么有:背景声压级计算如下:第二节噪声及其对人的影响一、噪声及其来源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。一、噪声及其来源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，因此污染也非常严重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二、噪声对听力的影响噪声对人们正常生活的影响的主要表现：精神难以集中心情焦躁不安产生心思不愉快影响睡眠质量妨碍正常言语交流等继续性的剧烈噪声会使人的听力遭到损害噪声性耳聋与噪声的强度、噪声的频率及接触的时间有关三、噪声对其他生理机能的影响对神经系统的影响对内分泌和心血管系统的影响对消化系统的影响四、噪声对心思的影响噪声对心思的影响主要是使人产生烦恼、焦急、厌恶、生气等不愉快的心情脉冲噪声比延续噪声的影响更甚，响度越大影响也越大五、噪声对言语交流的影响声音的掩蔽效应言语干扰级(SIL)是评价噪声对言语通讯干扰程度的评价参量六、噪声对作业才干和工效的影响噪声直接或间接地影响任务效率噪声干扰对人的脑力劳动的影响第三节噪声丈量及评价规范噪声的丈量〔一〕室内噪声的丈量图6-3为声级计。丈量室内噪声时，将声级计传声器放在操作人员耳朵处或放在任务面附近，选择假设干个测点，进展丈量。

图6-3数字式声级计(1)外形尺寸小于30cm的小型设备，测点距其外表30cm左右。(2)外形尺寸在30~100cm的中型设备，测点距其外表50cm左右。(3)外形尺寸大于100cm的较大型设备，测点距其外表100cm左右。(4)大型或特大型设备，测点距其外表100~500cm左右。〔二〕机器设备噪声的丈量丈量行驶中的车辆的噪声，应在平坦开阔的区间中进展任务。丈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。丈量行驶时车外的噪声，测点取间隔车体中心线7.5米、距地面或轨道上方1.2m高处。〔三〕交通车辆噪声的丈量〔二〕中国噪声规范我国曾先后公布了多个重要的噪声规范，如<工业企业噪声卫生规范>、<城市环境噪声规范>和<机动车辆噪声规范>等。2002年经国家卫生部正式<工业企业设计卫生规范>GBZ1-2002中规定：具有消费性噪声的车间应尽量远离其他非噪声作业车间、行政区和生活区；噪声较大的设备应尽量将噪声源与操作人员隔开；工艺允许远间隔控制的，可设置隔声操作(控制)室。任务场所操作人员每天延续接触噪声8小时，噪声声级卫生限值为85dB(A)。第四节噪声控制声源控制控制噪声的传播操作者的听力维护声源控制降低机械噪声选择发声小的资料改动机械传动方式改良设备机械构造降低空气动力性噪声降低气流速度减少压力脉冲减少涡流控制噪声的传播对工厂各区域合理规划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操作者的听力维护

运用防声面罩。第五节振动环境人体振动特性人体对振动频率的反响振动对人体的影响振动对工效的影响振动的评价振动的丈量振动的控制与防护一、人体振动特性人体是一个复杂的振动系统，其动力学效应主要由频率呼应和幅度呼应构成。人体频率呼应特性分为低频反响部分和高频反响部分，其分界点大致是50Hz。二、人体对振动频率的反响人体对低频反响的主要景象是身体共振。振动能量在人体内的传送率逐渐衰减，其生物效应也相应减弱。三、振动对人体的影响全身振动对人体的影响部分振动对人体的影响振动的心思效应全身振动多为低频大幅度的振动。全身振动能引起前庭器官、内分泌系统、循环系统、消化系统和植物神经系统等一系列变化，并使人产生疲劳、劳动机能衰退等客观觉得。由于人体不同部位和系统有各自的固有频率，所以当人体接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。假设是重要的器官发生了共振，那么人体的反响最剧烈。1.全身振动对人体的影响部分振动病是长期运用振开工具引起的。部分振动能引起神经系统、循环系统、骨关节肌肉运动系统的妨碍及其他系统不同程度的机能改动。振动的早期影响以神经系统受损为主。普通情况下先出现神经末梢病变〔功能受损〕，继而发生中枢神经系统病变〔大脑皮层功能简下降，反响时间延伸，血压不稳〕。振动对骨骼肌肉系统的影响表现为肌无力，肌肉疼痛和萎缩。振动对胃肠功能、妇女月经、生理及生殖功能也能够发生影响。2．部分振动对人体的影响振动引起的心思效应主要是觉得不温馨和烦恼，甚至疼痛，进而影响工效。不同的振动参数下人体受振时的客观觉得不同。坐姿的人，对1～2Hz的轻度振动觉得轻松和温馨；对4～8Hz的中度振动，觉得非常不适。3.振动的心思效应四、振动对工效的影响对人体视觉的影响对操作反响的影响振动对视觉绩效的影响主要有两种情形：①视觉对象处在振动环境中；②察看者处于振动环境中。〔1〕对视觉识别绩效的影响图6-4人受横向程度振动时的选择反响时间经过手或足支配控制器以追踪某一活动目的的追踪活动是比较典型的操作动作。振动引起支配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、支配误差大大添加。〔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〔一〕振动评价规范1．国际规范化组织提出的“人接受全身振动的评价指南〞[IS02631-1989〔E〕]该规范根据加速度有效值〔0.1～20m/s2〕、振动频率〔1/3倍频程的中心频率，1～80Hz〕、振动方向〔Z轴向，X、Y轴向〕、接触振动继续时间〔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，并根据参数之间的关系来评价全身振动对人体的影响。五、振动的评价〔一〕振动评价规范图6-6全身振动允许界限(1)疲劳一任务效率降低界限。疲劳—任务效率降低界限是从振动引起人体疲劳，从而影响其任务效率的角度而确立的。超越这个界限，人会产生疲劳，降低工效。图6-6所示的界限正是疲劳一任务效率降低界限。该界限主要用于劳动环境振动评价。(2)温馨性降低界限。温馨性降低界限以不影响人的日常活动或任务中的根本动作(如饮食、阅读或书写等)为根底，此界限与坚持在振动环境下人体的温馨感有关。它比疲劳一任务效率降低界限的振动级低10dB，超越这个界限，人能够不温馨。该界限较多用于交通工具振动评价。〔一〕振动评价规范(3)受振极限(或安康界限)。受振极限是区分振动强度对人体安康与平安能否有损害的界限。它比疲劳—任务效率降低界限的振动级高6dB，超越这个界限，会影响人体安康与平安。〔一〕振动评价规范GBZl--2002<工业企业设计卫生规范>中对任务场所的振动强度规定如下：部分振动作业，其接振强度4小时等能量频率计权振动加速度不得超越5m/s2，接振时间少于4小时可按表6-17适当放宽。2．我国振动控制规范表6-17部分振动强度卫生限值日接振时间/h卫生限值/(m/s2)2～461～28≤1122．我国振动控制规范表6-18全身振动强度卫生限值任务日接触时间/h卫生限值dB(A)(m/s2)81160.624120.81.12.51231.41.0127.62.40.5131.13.6六、振动的丈量振动丈量是丈量振动强度、频率及不同频率下的加速度把声级计上的电容传声器换成振动传感器，就可以用于振动丈量〔1〕减少和消除振源。这是减少振动最根本的措施。通常采取以下方法：1〕隔离振源。2〕改良消费工艺，如用液压、焊接替代铆接可消除或减少振动。3)添加设备的阻尼，如采用吸振资料、安装阻尼器或阻尼环、附加弹性阻尼资料等，以减轻设备的振动。对于能够引起机械振动的陈旧设备，应定期检查、维修或改造。4〕采取隔振、吸振、阻尼等措施来消除或减小振动，阻止振动的传播，最大限制地减少振动对人体的不良影响。例如设计减振座椅、弹性垫，以缓冲振动对人的影响

七、振动的控制与防护5)采用钢丝弹簧类、橡胶类、软木类、毡板、空气弹簧和油压减振器等多种方式的减振器。6)降低设备减振系统的共振频率。可经过减少系统刚性系数或添加质量来降低共振频率。例如，风扇、吹风机、泵、空气紧缩机等，常用添加质量的方法来降低共振频率。〔2〕个体防护。运用防振手套，在全身振动时运用防振鞋等。由于防振鞋内有由微孔橡胶做成鞋垫，利用其弹性使全身减振。对于坐姿作业人员，可运用减振座椅、弹性垫，以缓冲振动对人的影响。〔3〕限制接触振动时间。七、振动的控制与防护第六节特殊任务环境加速度效应失重效应高压与低压效应电磁场环境及其对人体的损伤加速度效应由于加速度和惯性力的作用，会使物体分量添加，称为“超重〞在加速度作用下，机体内会出现一系列的变化，在飞行员、航天员任务中，长时间加速度作用可以很快地导致视觉妨碍失重效应“失重〞，就是指人体身体各部分所遭到的外力合力等于零，人处于一种完全飘浮的形状。失重时人的操作活动不能像地面有重力时那样进展活动高压与低压效应静水压力和水下作业条件潜水作业

低压和缺氧的环境条件高空飞行(如航空和航天)及登山作业

电磁场环境及其对人体的损伤电磁辐射由电磁发射引起的。辐射来源分天然辐射和人工辐射。辐射损伤病症：疲惫、恶心、呕吐、食欲减退、头痛、眩晕、失眠白细胞、红细胞和血小板显著减少、腹泻、便血、皮肤和粘膜出血、水肿、毛发零落、白内障、消化功能紊乱.案例:高架道路交通噪音和防噪屏设置交通噪声不断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运用隔声屏障能使声能衰减，是利用声波的反射和衍射原理，在板后构成声影区，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方式和构造的道路隔声屏。案例：冷却塔的噪声控制

社会背景：人们长时间处于噪声刺激中，可导致听觉、神经系统、心肺功能等不同程度地遭到损害。近年来，随着建筑业的快速开展，各种建筑设备的噪声扰民问题逐渐凸显，特别是冷却塔因其安装位置普通间隔居民区较近而成为赞扬最多的噪声源之一。遗憾的是，目前冷却塔的降噪措施并非行之有效，如声屏障对于低频波的绕射无能为力，隔声罩会妨碍气流流动导致热湿交换不良，对宽频噪声吸声效果差等，这使得冷却塔的噪声控制日益遭到人们的注重。原始数据丈量该工程位于沈阳某高档住宅小区，采用集中供冷方式，2台方形逆流式冷却塔安装在21#楼(居民楼)前的空地上(如图1所示)，每台风量为4600m3/min，冷却水泵的扬程为6.4m，电动机功率为22kW，住户的平均A声级噪声为64.2dB，超越了环境噪声规范的规定，居民剧烈要求治理冷却塔的噪声污染。A声级噪声丈量采用丹麦某公司2238mediator噪声频谱分析仪和TES20A声级计对冷却塔风机导流管口、周围环境及其住宅小区本底噪声进展丈量。噪声特性分析1)间隔轴流风机管口(风机出口处)1m处的A声级噪声值到达91dB,这是由于空气在冷却塔顶导流管内产生湍流和摩擦，激发的压力扰动产生噪声，同时桨叶与空气作用产生振动向外辐射噪声。因此初步断定风机的空气动力噪声是主要声源。2)风机的机械噪声主要是由于风机旋转部件的不平衡导致构造发生振动从而引起塔体外表辐射噪声。由于风机支架与塔体之间安装了减振器，机械噪声不是主要要素。3)冷却塔的循环水经填料层自在下落到落水槽所产生冲击噪声的强度与落水速度的平方成正比。冷却塔噪声能量主要是经过轴流风机的进出风口向外传播的，应在此处作重点降噪处置。降噪方案1)在轴流风机出风口设置阻性消声器，有效阻止噪声能量的传播;2)为保证冷却塔的散热，不能对其进展封锁式隔声处置，为此设置组合式声屏障来阻止下部噪声能量的传播;3)为有效减少噪声声波的绕射，在冷却塔底部设置吸声隔声组合式声屏障吸收低频噪声;4)在冷却塔中部设置阻尼隔声板和宽频带组合式吸声资料，提高中低频吸声效果;

5)落水的高频噪声用超细玻璃棉资料吸收。思索到现场实践情况，方案中的一切降噪设备都进展了防尘、防潮处置，同时不影响冷却塔的通风和散热功能，如图2所示。

图2降噪方案效果图降噪方案一、组合式声屏障设计为保证一切噪声敏感点都在声屏障的声影区内，从而获得最正确的降噪效果，根据现场情况和声学计算，确定声屏障有效高度为3m。声屏障采用宽频带组合吸声构造和阻尼隔声板的组合式构造。阻尼隔声板主要由3部分组成:隔声板、阻尼涂层和约束层，其构造如图3所示。采用这种构造不仅可以有效阻断噪声能量的传播，而且可以防止罩板受噪声声波鼓励出现共振景象。图3阻尼隔音板构造二、导流消声器设计消声器大致分为3类:阻性消声器、抗性消声器和排空消声器。其中，阻性消声器是利用设置在管道内的吸声资料或吸声构造使沿管道传播的噪声不断地被吸收，从而到达消声的目的。由于阻性消声器的阻力较小，各类风机噪声多以中、高频为主，含低频成分少，而阻性消声器恰对中高频噪声具有较好的消声效果，所以选用阻性消声器。现有的阻性消声器包括直管式、复合式、片式、盘式和折板式等几种方式，其中片式消声器具有消声量大，阻力较小，导流效果和安装灵敏的特点，因此选择在风机出口处安装片式消声器。同时，思索到噪声特点，在设计时特别选用了宽频吸声资料。消声片半厚度D由于冷却塔的噪声频谱带很宽，而多孔吸声资料的特性是在中、高频具有很高的吸声系数，而对低频噪声吸声系数相对较低，假设只用单一的多孔吸声资料很难到达理想的降噪效果，所以在本设计中消声片选用宽频带吸声构造贴附。根据共振频率fr(Hz)与消声片半厚度D(m)相乘为常数的关系，以密度为20kg/m3的超细玻璃棉为例，计算如下:frD=40(1)fr=f2×2Ω(2)式(1)，(2)中f2为消声频率下限，这里取125Hz；Ω为fr和f2间的倍频程数,Ω=4/3。fr=