第4讲.工业噪声的危害及控制

2020/4/25,1,工业卫生电子教案,主讲人：裴晓东2008年3月24日,电话mail：peixd119,2020/4/25,2,主要参考书,采矿工业卫生学，王秉权编，中国矿业大学出版社，1991年8月；工业卫生与职业病学，王世俊主编，化学工业出版社，1990年；煤矿安全手册第12篇：矿山救护；第13篇：工业卫生及劳动保护，赵全福等主编，煤炭工业出版社，1991年；工业防毒技术，袁昌明等编著，冶金工业出版社，2006年6月第1版；工业卫生讲义，左树勋编，2002年8月；,2020/4/25,3,4.1前言4.2声波的基本性质4.3噪声的量度、测定方法及分级标准4.4噪声的危害及与安全生产的关系4.5控制噪声的基本方法,第4讲工业噪声的危害及控制,2020/4/25,4,4.1前言,4.1.1噪声的定义,物理学定义：各种频率和声强的声音杂乱无章的组合；即噪声是由各种不同频率和不同强度的声音无规则组合而成的；（噪声音乐）生理和心理学定义：凡是人们不需要的、使人受到干扰的声音都叫噪声；,4.1.2噪声的分类及特点,工业噪声劳动保护（工业卫生）的研究重点；交通噪声；生活噪声；,2020/4/25,5,噪声的特点：局部性扩散距离有限；分散性几乎存在于人类所有的生活空间；暂时性不积累，不持久；在噪声控制中，应充分利用这些特点；,4.1.3噪声的危害,在全世界范围内，噪声已经成为危害人类健康的重要因素，早在上世纪60年代，就被列为全球三大公害之一；即空气污染、水污染和噪声污染；,4.1前言（续）,2020/4/25,6,噪声对人体的危害很大，长时间处在强烈的噪声环境中，会引起听觉能力的下降，直至引起噪声性耳聋；特强的噪声还会引起人耳的外伤，甚至耳膜被击穿而出血；噪声还能损害人的整个机体，使人的血压升高，呼吸和脉搏加快，胃液含酸量减少，消化能力减弱等；胃溃疡的发病率，在高噪声条件下比在安静条件下高5倍；噪声易使人发生注意力分散、失眠、头疼、神经紧张等神经系统症状；噪声的掩蔽效应使作业人员听不到信号或事故的前兆声响，导致事故危险性增加，劳动生产率也降低；例如，机械振动、摩擦、撞击以及气流扰动而产生的噪声；,2020/4/25,7,4.1前言（续）,4.1.4研究与控制噪声的意义,随着工业机械化程度的日益提高，机器的功率越来越大，机器的转速越来越高，噪声危害日益严重；特别是在一些重型机械行业、钢铁企业和广泛采用压气动力设备的机械化矿井中，噪声控制就显得更为重要；控制噪声保护劳动者身心健康提高劳动生产率、减少事故发生保障生产安全,2020/4/25,8,4.2声波的基本性质,4.2.1声波的产生与类型,声波的传播必须有两个条件：一是要有振动的物体；这个做机械振动的物体称为声源；二是要有能够传播声波的媒质；这个声波存在并传播的弹性媒质空间称为声场；声波的类型：1、按介质质点振动方向与声波传播方向的关系分为：纵波二者一致（声波在空气中）横波二者垂直（声波沿液体和固体表面传播时）在噪声控制中，主要研究纵波；,2020/4/25,9,声波的类型：2、按发生时间分：连续波机械的连续振动；脉冲波放炮、打桩等；3、按声波的空间位置（波阵面形状）分：平面波波阵面是平面，由平面声源产生；球面波波阵面是球面，由点声源产生；柱面波波阵面是柱面，由线声源产生；图31、几种声波的波阵面及声线,2020/4/25,10,4.2声波的基本性质（续）,4.2.2声波的物理参数,人耳的听力范围是2020000Hz；,1、声波的波长、频率和声速,2、声波的声压（P）,物体的振动引起空气中质点的疏密变化，这种变化将引起空气静压（静压强）的起伏变化，我们称这个变化量为声压；声压的单位就是压强的单位，在国际单位制中，声压的基本单位是帕，辅助单位是微巴，bar；在描述声波的所有物理量中，声压P是最容易测量得到的，且通过P和频率可求出其他所有物理参量；因此在声波（噪声）研究中，声压P是最关键的一个量；,2020/4/25,11,声波是正弦波，其声压也有瞬时值、最大值、有效值等概念，其关系与电工学中描述电压的公式一样，即：,其中Pm是声压幅值，Pe是有效声压；对人耳起作用的是有效声压Pe；与电压相似，如不特别强调，我们所提及的声压值或仪表测得的声压值均是指有效声压；,2020/4/25,12,声压对人耳的作用：声压的大小直接反映声波的强弱；声压愈大，人耳听起来愈响，反之则愈小；人耳能听到的最低声压界限叫闻阈；正常人的闻阈声压约为2105Pa；能使人耳产生疼痛感觉的声压界限叫痛阈；正常人的痛阈声压为20Pa；如果声压再提高，会导致人耳鼓膜破裂出血，造成耳聋；下面是几个声压实例：正常说话声0.010.1Pa交响乐0.3Pa喷气发动机（距喷口5m）约100Pa，会导致爆震性耳聋；,2020/4/25,13,从闻阈声压到痛阈声压的绝对值之比是0.00002:201:106这说明人耳的听觉范围是非常广的，声学工程中，由于声压值变化范围太大，所以直接用声压来衡量声音的大小不很方便，声学工程中多采用声压级作为计量单位，其定义为：,其中LP声压级，dB；P实际声压，Pa；P0基准声压，P02105Pa；,2020/4/25,14,3、声波的声能密度、声强和声功率,声场是一种能量场，其大小可用声能密度表示；声波的能量称为声能量，声波的全能量为其动能与位能之和，单位为J；单位体积声场内的声能量称为声能密度，记作，其单位为J/m3；,也是按振动周期变化的量；式312是一个普适公式，它代表单位体积内声能密度的瞬时值；平均声能密度：,2020/4/25,15,声功率和声强单位时间内通过垂直于声传播方向上的面积为S的平均声能量就称为平均声能量流或称为平均声功率；,声强又称平均声能量流密度，通过垂直于声传播方向的单位面积上的平均声能量流；,声强是有方向的量，它的指向就是声传播的方向；,2020/4/25,16,4.2声波的基本性质（续）,4.2.3声波的反射、折射与绕射,当声波从一种媒质传播到另外一种媒质时，在两种媒质的分界面上，声波的传播方向要发生变化，产生反射和折射现象；,原因：两种媒质的声阻抗不同所致；,与光不同的是，声波在传播过程中还有绕射现象，且频率越低，绕射能力越强；有实用意义，如隔声墙的设计；,2020/4/25,17,4.2声波的基本性质（续）,4.2.4声波的干涉与声驻波,几列声波同在同一媒质中传播时，这些声波在相遇以后仍能保持其特性，沿原来方向继续传播；例如当几种乐器合奏时，仍能区分出各个乐器的声音；但在几列声波相遇处，质点的振动就等于各列声波在该处振动的叠加，这就是声波的叠加原理；,1、声波的干涉,若在同一媒质中同时传播几列声波，当这几列声波的频率相同，且有固定的相位差，则它们在叠加时就会产生波的干涉现象：使声场中某些点处的振动加强，某些点处的振动减弱；,2020/4/25,18,2、声驻波,声驻波是干涉现象的特例；若在同一媒质中两列平面声波的声压幅值相同、频率相等，而传播的方向相反，则由叠加原理合成的声波称为驻波；,3、不相干波,若在同一媒质中两列声波的频率和相位没有固定的关系而带有随机性，这种波称为不相干波；噪声一般是不相干波；,2020/4/25,19,4.2声波的基本性质（续）,4.2.5声波辐射的指向性,声源在不同的方向上具有不同的声辐射本领，我们把声源的这种性质称为声源的指向特性；把任一方向上的声强和等距离的平均声强之比值定义为指向性因数，以Q表示；（描述了声波的指向特性）,有时还用dB来表示指向性因数，以G表示，称指向性指数；显然，无指向性时Q1，G0；噪声大多属于无指向性声源；但排气（风）口的空气动力性噪声具有指向性；,2020/4/25,20,4.3噪声的量度、测定方法及分级标准,4.3.1噪声的量度,声音性质的三要素:响度：声强的大小；音调：频率高低；音色：波形特点；谐波成分及其相对强度，是区别声音的重要指标；但不是噪声研究的重点；对噪声的度量可以采用物理量如声压和声压级、声强和声强级、声功率和声功率级以及频谱来量度；也可以用人的听觉如响度和响度级、各种计权网络声级和感觉噪声级来量度；,2020/4/25,21,1、级的定义和分贝的计算,声压级可以用分贝（dB）来表示，这使我们可以在小数字范围内对声压进行评价和计算；（式35）分贝(dB)原是电气工程师在电讯领域开始应用的；声学中，我们用所研究的数量与一个任选参考量取以10为底的对数量级，作为表示声音大小的常用单位；声压、声强、声功率都可以分别用声压级、声强级和声功率级来表示其大小；级是一个作相对比较的无量纲量；其数学表达式为：,式中L级，dB；W所研究的功率，W；W0基准功率，W；,4.3.1噪声的量度（续）,2020/4/25,22,根据级的定义，声压级的数学表达式应为：,其中LP声压级，dB；P声压有效值，Pa；P0基准声压，P02105Pa；关于10和20的系数在电工领域也存在，如功率增益为10,电压和电流的增益为20；,同理，可得声强级与声功率级分别为：,式中I0基准声强，I01012W/m2；W0基准功率，W01012W；,2020/4/25,23,分贝的加法前面关于级的运算都是针对一个声源的，在实际工作中，声场中的同一地点往往要受多个噪声源的影响，需要解决声强级或声压级的叠加问题；如声场中有几个声源，其声功率分别为W1、W2、Wn,在某处测得其声压和声强分别为P1、I1，如不考虑级的运算，则总声功率、声压、声强有简单关系：WW1II1P2P12即使纯物理量，也非直接相加关系；如测得的值都用级（分贝）表示，其总的级是什么关系呢？,2020/4/25,24,为方便理解，设仅有两个声源，单独发声时，在声场中某处测得的声压级分别为LP1和LP2,求同时发声时的总声压级；,由此可导出计算若干个声源的总声压级公式：,2020/4/25,25,分贝的减法把某一噪声作为被测对象，与被测对象噪声无关的干扰噪声的总和，称为相对于被测对象的本底噪声，它由环境噪声和其它干扰噪声组成；本底噪声可以被测定，本底噪声和被测对象噪声的总和也可以测定，所以必须从总噪声级中减去本底噪声才能得到被测对象的噪声；分贝相减的过程类似于分贝相加已知总声级方程和外界或背景声压级方程为：,2020/4/25,26,由此便可计算得出被测声源的声压级为：,其中LP总声压级，dB；LPS待测声源的声压级，dB；LPB外界或背景声压级，dB；,2020/4/25,27,2、噪声频谱,频谱噪声频率与强度（通常用声压级）之间的关系称频谱；表示这种关系的图形称频谱图；用频谱图或频谱仪对噪声进行分析称为频谱分析；通过噪声的频谱分析，就能了解噪声的频率特性，为控制噪声和设计噪声结构提供依据；为研究方便起见，通常需要将宽广的声频变化范围（2020000HZ）划分为若干较小的区段加以研究，每一区段称为频程（或频带）；频程有上限频率值、下限频率值和中心频率值，上下频率之差称为频带宽度，简称带宽；,4.3.1噪声的量度（续）,2020/4/25,28,实践表明，两个不同频率的声音的听觉差异，取决于两个声音频率的比值，而不是它们的差值；如钢琴相邻两键的频率比为21/12，约1.06倍,频率范围27.54186HZ；若将2020000Hz的频率范围，按频率倍比的关系划分，每个频带的上限频率和下限频率相差一倍，即相邻频率之比为2:1，这种频程称为倍频程；用倍频程划分频段，可将声频范围划成10个频段，并已全球标准化，其中心频率分别为31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000、16000Hz；为了得到比倍频程更为详细的频谱，也常使用倍频程，倍频程就是把每一个倍频程的频带再按比例等比关系分为3段，使频带宽度更窄；,2020/4/25,29,也就是在一倍频程的频率之间再插入两个频率，则这四个频率成以下比例：1：21/：2/：2；有了以上的概念，就可用频谱分析仪对噪声进行频谱分析，从而绘出其频谱图，为有针对性的治理提供依据；（实验内容）,2020/4/25,30,、等响曲线、响度级、响度,噪声测量中，往往通过声学仪器反映噪声的性质，我们经常用声压、声压级或频带声压级作为噪声测量的物理参数；声压级越高，噪声强度越强；声学仪器对高于20kHz的超声波可作出记录，对低于20Hz的次声波也可作出记录，但是这两种声音人耳却完全听不到，这说明涉及到人耳听觉时，只用上述物理参数就不能说明问题，声压、声压级只表征了噪声的强弱，而不能正确反应人耳的响应；为了用人耳来正确评价噪声，必须了解噪声引起的一些主观响应及其量度；下面讨论的等响曲线、响度级、响度及各种计权声级都是与人的耳朵的听觉相关联的声学量；,4.3.1噪声的量度（续）,2020/4/25,31,等响曲线听起来一样响的不同频率和声压级的声音在频谱坐标中连成的线叫等响曲线；注意这里的等响仅是主观感觉上的等响而不是物理量的相等；声音对人耳产生的影响与人对它的印象取决于它的频率和声压级；在同一频率下，声压级愈高，听起来愈响；频率不同，声压级相同的两个声音听起来也不一样响；根据人耳的这一特性并通过实验得出了所谓的“等响曲线图”；如图3-4所示；图中每条曲线都是经过大量实验得来的（ISO.1961）；,2020/4/25,32,例如，声压级为95dB、45Hz的纯音，声压级为75db、400Hz的纯音，声压级为70dB、3800Hz的纯音，它们与声压级为80db、频率为1000Hz的纯音听起来一样响，故都在同一条曲线上；等响曲线实际上反映了人类听觉器官的一些重要特点，可归纳为：（1）在声压级较低时，低频变化引起的听觉变化比中、高频大；中、高频显得比低频更响些；,2020/4/25,33,（2）在声压级较高时（大于90分贝以后），曲线较平缓，反映了声压级相同的各频率声音差不多一样响，即与频率的关系不大；（3）人耳对4000Hz声音最敏感，也最容易受损伤，噪声性耳聋就是从这个范围开始的；所以在噪声治理中需要着重研究和消除中、高频率噪声；响度级为了使用上的方便，人们利用声压级的概念，引出了一个与频率有关的量响度级；其单位为方（phon）；定义为：选取频率为1000Hz的纯音作为基准声音，若某一噪声听起来与该纯音一样响，则该噪声的响度级就等于这个纯音的声压级（分贝值）；例如，某一噪声听起来与声压级85dB、频率为1000Hz的基准声音一样响，则该噪声的响度级就是85方；而不管其频率和实际声压级是多少；,2020/4/25,34,响度响度级是描述响度的主观值，它把声压级和频率用一个概念统一起来了，但响度级仍是一个与声压级有关的量，不便于直接比较和计算；为此，再引入一个新的概念响度；响度的单位为宋（sone）；并规定：40方为1宋，50方为2宋，60方为4宋，它们之间的关系，也可用公式表述：,其中S响度，宋；LL响度级，方；,2020/4/25,35,经验表明，响度级变化10方，人的主观听觉可以感到声音的响度大约变化2倍（即加倍或减半）；响度比响度级更接近于人耳的听觉特性，因而在实际工作中得到了广泛应用；响度级不能直接加减，而两个不同响度的声音可以叠加，这在声学计算上是很方便的；同时用响度表示噪声的大小也比较直观，可直接算出声音增加或减少的百分比；例如，噪声经消声处理后，响度级从120方（响度为256宋）降低到90方（32宋），则总响度降低87.5%；,2020/4/25,36,4、A声级（计权声级）,用响度级来评价噪声的大小反映了人耳的听觉特性，但我们不能对每一个噪声，去调节一个1000Hz的纯音来进行比较，以便知道这个噪声是多少方，所以必须设法进行直接测量；为了能直接测量，人们就设法用电路来模拟人耳的听觉特性，即设置各种计权网络，于是就出现了计权声级；目前世界各国基本上都采用A声级来评价噪声；噪声测量仪器声级计；若想使每条等响曲线的频率响应（修正量）完全符合，在声级计上至少需设13套修正电路，这是很困难的；国际电工委员会标准规定，在一般情况下，声级计上只设三套修正电路，即A、B、C三种计权网络，分别效仿倍频程等响曲线中的40方、70方和100方三条曲线进行设计；,4.3.1噪声的量度（续）,2020/4/25,37,常用的是A计权和C计权，B计权已逐渐淘汰，D计权主要用于测量航空噪声，E计权是新近出现的，SL计权是用于衡量语言干扰的；其中A计权网络较好地模仿了人耳对低频段（500Hz以下）不敏感，而对10005000Hz敏感的特点；用A计权声级来测量噪声的大小，叫做A声级，记作分贝（A），或dB（A）；目前在噪声测量中得到最广泛的应用，并在全世界范围内被用来作为评价噪声的标准；,2020/4/25,38,5、等效连续声级,用各种计权声级测量噪声，只能测稳态噪声或非稳态噪声的瞬时值；但在实际工作中更多的是非稳态噪声，包括间断的、脉冲的或周期性变化的等；工业卫生中，最常用的是要评价某车间一个工作日内的平均噪声级；对非稳态噪声，就需要引入等效连续声级的概念；所谓等效连续声级，是用某种计算方法来评价一个时间段内的非稳态噪声的的平均值；,4.3.1噪声的量度（续）,2020/4/25,39,等效联系声级的计算方法（暴露时间法）将测得的A声级从小到大排序并按每5dB分成一段，用中心声级表示；中心声级表示的各段为：80、85、90、95、100、105、110、115dB；80dB表示7882dB的声级别范围，其余类推；将各段的声级的总暴露时间统计出来，如表3-2；,2020/4/25,40,其中Leq等效连续声级，dB（A）；Tn表示第n段声级LPn在一个工作日的总暴露时间，min；,2020/4/25,41,4.3噪声的量度、测定方法及分级标准（续）,4.3.2声波的衰减,声波三个特点之一：局部性扩散距离有限由衰减造成；可以利用声波衰减的特点来减少和控制噪声的危害；声波的衰减我们把声波在媒质传播过程中声强和声压随着离声源的距离增大而逐渐减弱的现象，称为声波的衰减；扩散衰减；吸收衰减；散射衰减；,2020/4/25,42,声波衰减计算的一般关系式为：,其中LP接收点的声压级，dB；LW声源输出的声功率级，dB；LP1由于扩散所引起的衰减，dB；LP2由于媒质吸收所引起的衰减，dB；LP3由于散射所引起的衰减，dB；,2020/4/25,43,1、声波的扩散衰减,扩散衰减随着离声源距离的加大，由于波阵面的扩大而造成的衰减称为扩散衰减；离声源距离加大，波阵面也愈来愈大，通过单位面积上的声能相应减小，使声强或声压随距离的增加而衰减；波阵面的形状取决于声源的种类，即点声源、线声源和面声源；不同类型的声源其扩散衰减的计算方法完全不同，我们仅研究点声源的扩散衰减；在实际工作中大多数情况下都可简化为点声源；所谓点声源就是声源的尺寸与声源至接收点的距离相比很小的声源，这样即使几何尺寸相当大的声源也可作为点声源来处理；,4.3.2声波的衰减（续）,2020/4/25,44,在自由声场中，点声源的声功率为W，在半径r1及r2处的声强分别为I1及I2，则：根据声强级的定义，则在半径r1及r2处的声强级分别为：,又根据公式320有：（讲义P42）,2020/4/25,45,如果r22r1，则：,即离声源距离每增加一倍，声强级下降6dB，若距离减半，声强级上升6dB；,声压级与声强级的关系根据公式318有：（讲义P42）,即声强级和声压级是相等的；,2020/4/25,46,例距点声源20m处的声压级为85dB，距声源60m处的声压级为多少?,2020/4/25,47,2、声波的吸收衰减,声波在均匀媒质中传播时，除了扩散衰减外，其衰减的最主要原因是由于声能被媒质吸收所造成的；其吸收的原因是因为声波在传播过程中不断对介质做功，扩张、压缩，使声能转变成热能；声强I和声压P随距离的增大而衰减的公式如下：,4.3.2声波的衰减（续）,可见声强和声压均因媒质吸收而按指数规律衰减；距离x越大，衰减得就越快；衰减曲线如图3-6所示；,2020/4/25,48,式中I0、P0为在x0处的声强和有效声压值；a称为声压衰减系数；2a称为声强衰减系数；2倍的关系是由二者之间的平方关系导致的；衰减系数反映声波在传播时媒质的吸收特性，它与媒质的粘滞系数、密度、比热等多种因数有关；实际应用中，人们还是关心声压级或声强级的衰减，声压级的衰减量计算：,2020/4/25,49,同样可得出声强级的衰减量计算与声压级完全一样，即LI8.7ax；在噪声控制中，衰减系数常用dB/m做单位，表3-3给出了温度为20时空气的声吸收衰减系数；,2020/4/25,50,例已知频率为2000Hz的球面波，空气相对湿度为40，距声源r010m处的声压为LP0120dB，求在距离声源中心100m处的声压级?,2020/4/25,51,4.3噪声的量度、测定方法及分级标准（续）,4.3.3噪声的测定方法及分级标准,根据不同的测量目的和要求，可选择不同的测量仪器和不同的测量方法；对于厂矿噪声的现场测量，最常用的仪器是声级计和频谱分析仪；分析仪和自动记录仪联用，可自动地把频谱记录在坐标纸上；如果现场缺少上述仪器，可先用录音机把被测试的噪声记录下来，然后再在实验室里用适当的仪器进行频谱分析；,1、噪声的测量仪器,2020/4/25,52,（1）声级计声级计是厂矿进行快速现场测量的一种基本测量仪器；它体积小，重量轻，用干电池供电，便于携带；一般由传声器、放大器、计权网络、指示表头等部分组成；传声器又叫话筒，它的作用是把声信号转换成电信号，电信号经放大器放大后，由计权网络计权，再经整流器变为直流，由指示表头加以显示；计权网络是根据人耳对声音的频率响应特性而设计的电滤波器；指示表头可以是针尖式，也可以是数字式，其读数是声压的有效值，也叫均方根值；,2020/4/25,53,（2）频谱分析仪频谱分析仪是用来测量噪声频谱的仪器，它主要由两大部分组成：一部分是测量放大器，一部分是滤波器；滤波器是把复杂的噪声成分，分成若干个频带，测量时只允许某个特定频带的声音通过，此时表头指示的读书是该频带内的声压级；厂矿常用的有倍频程滤波器和1/3倍频程滤波器；,2、噪声测量的方法,测量前要对仪器进行检查，在仪器正常的前提下还要用声学校准器（活塞发声器）进行校准；,2020/4/25,54,（1）测量的条件测量时要考虑测量条件不受干扰；首先要排除本底噪声的影响，在现场测量时应先测本底噪声，后测总声级，最后按分贝减法的计算原则，计算出声源的噪声；其次要注意现场反射声的影响，要把传声器放在尽量远离反射物的地方；最后，还要考虑诸如风或气流的影响，温度、湿度、电磁场等对测量结果准确性的影响；（2）测量的量对稳态噪声测量A声级；对不稳态噪声要测量A声级和暴露时间，计算等效连续声级；如果为了控制噪声还要进行倍频程频谱分析；,2020/4/25,55,（3）测点的选择测量车间噪声时，应将声级计传声器放在操作人员的耳朵所在位置，操作人员离开；或者放置在生产作业面附近，选择数个测点；测量机械噪声时，测点均布在机械四周，一般不少于4个点，距机械表面的距离视机械的尺寸大小而定；测量风机、空压机进排气口的噪声时进气噪声测点应取在进口管轴线上，距管口等于或大于管径的位置；排气噪声测点应取在与排气口轴线成45角的方向上或管口平面上；参看图3-7；,2020/4/25,56,降低噪声需要一定的技术措施和投资，所以制定噪声标准的出发点不是从“最佳”而是从“可以容忍”的条件考虑；我国的工业企业噪声卫生标准（试行草案）已由卫生部和原国家劳动总局公布，自1980年1月1日起实施；这项标准适用于生产车间或作业场所（脉冲声除外）；噪声标准参见表3-4（a）和表3-4（b）；,3、工业噪声的分级标准,2020/4/25,57,2020/4/25,58,4.4噪声的危害及与安全生产的关系,噪声的危害是广泛的，既有生理的也有心理的；当前工业生产中和城市的噪声已成为普遍的公害，并已经对人的身心健康造成不良的影响；主要包括以下几个方面：对听觉的损害；对神经系统及心脏的影响；对工作的影响；对视觉的影响；,2020/4/25,59,4.4噪声的危害及与安全生产的关系（续）,4.4.1噪声对听觉的损害,人耳习惯于7080dB(A)的声音(如语言)，也能短时间地忍受高强噪声；但持续的噪声超过80dB，就会影响健康；声压级达到120dB，耳膜感到压痛，叫声音的痛阈；更高的声强则有震动感；强烈的噪声可以引起耳部的不适，如耳鸣、耳痛、听力损伤；据测定，超过115分贝的噪声会造成耳聋；据临床医学统计，若在80分贝以上噪音环境中生活，造成耳聋者可达50；人对不同声压级的感受列于表3-5；,2020/4/25,60,2020/4/25,61,人耳对噪声大小具有很强的适应能力，在痛阈以下都可短时间忍受，80dB以下不会对健康产生影响；损害（影响）程度的影响因素：噪声强度、接触时间（很重要的影响因素）；从时间上看，其损害过程分三个阶段：1、生理性听阈位移是人的生理性适应和保护过程；当接触噪声时，为了保护听觉系统，听阈值位移可达1015dB，但离开噪声环境后可完全恢复，对听觉无影响；恢复时间的长短取决于接触时间和强度，一般几个小时到几天，快速恢复称为听觉适应，需要较长时间才能恢复的叫听觉疲劳；,2020/4/25,62,2、病理性听力损失位移不能完全恢复长时间接触噪声，听力损失由生理性向病理性转化，即使离开噪声环境，听力也不能完全恢复；噪声性听力损失的特点是：听损从高频段开始（30006000Hz），对语言听力无影响（语言频率在2000Hz以下），容易被忽视；继续发展，则出现语言听损（高频听损超过2030dB后），出现语言听损是噪声性耳聋的前兆，一般发生在接触噪声的前十年内，如果停止接触则不再发展，甚至可得到部分恢复；,2020/4/25,63,3、噪声性耳聋听力损失继续发展，平均听损超过25dB时称噪声性耳聋；噪声性耳聋（25dB）的特征是约1/3的说话听不清楚；特点是两耳对称；根据听力损失的程度不同，将噪声性耳聋分四个等级2540dB轻度；4070dB中度；7090dB重度；90dB全聋；对各种程度的噪声性耳聋，还没有有效的治疗方法；因此，要立足于以防为主，注意早期保护；定期检查听力，发现听力损失时，及时调换工作岗位；,2020/4/25,64,4.4噪声的危害及与安全生产的关系（续）,4.4.2噪声对神经系统及心脏的影响,噪声作用于中枢神经系统，能使大脑皮质的兴奋和抑制失调，导致条件反射异常；久之，就会形成牢固的兴奋灶而引起头痛、头晕、眩晕、耳鸣、多梦、失眠、心悸、乏力、记忆力减退等神经衰弱征候群；例如，南钢研究资料报告，暴露于噪声环境中的工人，各个工龄组都程度不同地存在上述症状；当噪声强度超过90dB时，神经症状的出现率和次数，均有剧烈上升的趋势；高噪声的工作环境，可使人出现头晕、头痛甚至精神错乱；,2020/4/25,65,不同声级噪声职业性暴露与神经衰弱症候群阳性率的关系，参见图3-8所示；,2020/4/25,66,4.4噪声的危害及与安全生产的关系（续）,4.4.3噪声对工作的影响,正常情况下，噪声给人的一般感觉是单调、烦恼和易于疲劳；例如，搭乘火车、飞机时，旅途单调感一方面来自单调的环境，另一方面主要来自车辆的噪声和震动；100dB(A)以下的噪声对非听觉性工作的影响不大，但对需要记忆、分辨、精细操作以及智力活动就显示出明显的作用；研究发现，噪声超过85分贝，会使人感到心烦意乱，人们会感觉到吵闹，因而无法专心地工作，结果会导致工作效率降低；表3-7给出不同工作中噪声的影响调查；,2020/4/25,67,2020/4/25,68,4.4噪声的危害及与安全生产的关系（续）,4.4.4噪声对视觉的影响,噪声能通过对听觉的影响而作用于视觉等器官，它直接影响工作效率及安全；在85dB、800Hz噪声作用下，绿色闪光融合频率降低，红色闪光融合频率增大；112120dB(A)的稳态噪声能影响睫状肌而降低视物速度；130dB(A)以上的噪声可引起眼球震颤及眩晕；长期连续暴露于强噪声环境中，可引起永久性视野变窄；上述结果都会在一定条件下影响安全生产如凿岩工在工作时发生顶板岩石冒落而造成的伤亡，主要原因就是由于凿岩机开动后，噪声超过100dB(A)，不能察觉预兆，以致酿成人生事故；,2020/4/25,69,试验表明：当噪声强度达到90分贝时，人的视觉细胞敏感性下降，识别弱光反应时间延长；噪声达到95分贝时，有40的人瞳孔放大，视模糊；而噪声达到115分贝时，多数人的眼球对光亮度的适应都有不同程度的减弱；所以长时间处于噪声环境中的人很容易发生眼疲劳、眼痛、眼花和视物流泪等眼损伤现象；同时，噪声还会使色觉、视野发生异常；调查发现噪声对红、蓝、白三色视野缩小80；,2020/4/25,70,4.5控制噪声的基本方法,声系统包括声源、传声介质和接受者三个要素，综合治理噪声也应从这三方面入手；,1、从声源上治理,是主动的、最有效的、治本的措施；机械设备是工业噪声的主要声源，应从机械设备制造时的材料选用、结构设计、传动方式、生产工艺等方面来减少噪声；（1）选材如钢、铁、铜等金属材料，由于其内摩擦损耗小，在外力作用下，极易产生振动而辐射噪声；可改用合金材料或高分子合成材料工程塑料，可大幅降低噪声；,2020/4/25,71,（2）结构设计滚动代替滑动、旋转代替往复、扭曲叶片代替直叶片等；（3）传动方式杠杆、皮带、链条、齿轮（直、斜）、液压；（4）加工精度和装配质量精度高一级，噪声降8个分贝；（5）生产工艺焊接代替铆接、液压代替锻打、电动代替风动；但是，在许多情况下，由于技术和经济上的原因，直接从声源上治理难以达到标准或不可能，所以目前在噪声控制中，都是从传声途径中采取措施以达到噪声标准的要求；,2020/4/25,72,其一，是通过总体规划和合理的工业布局来降低噪声危害，称为环境噪声控制设计；如把高噪声的机器和低噪声的机器分开；把高噪声的车间和低噪声的车间分开；把生活区和工厂区分开；把一些噪声极强、影响范围大的设备（如航空发动机试车站等）搬到较偏僻的地区；这些既是从传播途径上控制噪声的有效方法，也是广义上治理噪声声源的有效途径；,2、从传声途径上控制噪声,2020/4/25,73,其二就是从传声途径中采取技术措施以达到噪声标准的方法；就是设法使噪声在传播途径中对其进行衰减或隔离，以减少传递到听者的能量；具体的措施有吸声、隔声、消声和隔振等；,3、从接受者角度防范噪声的危害,防声耳塞（20dB以上）；防声耳罩（好的可达30dB）；防声头盔等；,2020/4/25,74,4.5控制噪声的基本方法（续）,4.5.1吸声技术,所谓吸声就是利用某些材料或某种特定结构对声波的吸收作用，将它们安装在室内墙壁上或吊在天花板上，或安装在消声器和管道内壁上，当声波传至这些材料或结构上的时候，易发生阻滞、摩擦、振动等作用而转化成热量，从而增加噪声衰减量；,1、吸声材料,吸声材料是能将声能转变成热能的材料；其中多孔材料（包括用多孔材料制成的成型板材）是应用最广泛的一种吸声材料；,2020/4/25,75,多孔材料种类繁多，最初多以经济作物中的棉、麻等材料为主，随着化纤工业的发展，现在多以玻璃棉、矿渣棉、聚胺酯泡沫塑料等为主；吸声材料可以是松散的，也可以加工成“棉花胎”状、毡状、板状或块状材料；如木屑板、甘蔗纤维板、多孔吸声砖等；多孔材料的吸声原理（主要是阻滞、摩擦、振动等作用）当声波入射到多孔材料时，大部分声波在筋络的空隙间传播，一小部分也能沿纤维传播，因此由声波产生的振动将带动材料孔隙中的空气质点也产生振动，但筋络不动，筋络附近的空气质点受到筋络的粘滞阻力不易震动，声波克服这种阻力消耗声能，声能转换为热能而释放掉；此外，空气与筋络的热交换，筋络本身的振动，也均要消耗声能；,2020/4/25,76,吸声系数和吸声减噪量的计算吸声系数（）被吸声材料吸收的声能与入射能之比；,其中Ei入射波声能；E被吸声材料吸收掉的声能；,系数反映了材料对声波的吸收能力；在工程上，当0.2时才称为吸声材料；如合成木丝0.3，人造海绵0.6都是吸声材料；,2020/4/25,77,吸声减噪量的计算当室内墙壁和天花板装饰上吸声材料后，室内声压级有所降低，噪声降低量按（3-38）式确定；,式中A1、A2室内进行吸声处理前后内表面的吸声量；S为室内总表面积；1、2室内进行吸声处理前后内表面平均吸声系数；,由公式知，将平均吸声系数增大一倍，可降低噪声3dB；一般经吸声处理后，均可得到78dB的减噪量；,2020/4/25,78,将不是吸声材料的材料做成一定的结构，使其具有吸声能力，这种结构称为吸声结构；由于多孔吸声材料在使用中受到自身强度、环境因素等影响较大，近年来人们更关心的是吸声结构的研究；吸声结构有膜状、板状及穿孔板等结构；,2、吸声结构,2020/4/25,79,4.5控制噪声的基本方法（续）,4.5.2隔声技术,采用隔声性能良好的墙、门、窗、罩等，把声源或需要保持安静的场所与周围环境隔绝起来，这种方法叫隔声；隔声形式：隔声罩；（声源）隔声间；（人）隔声墙；一墙分隔两室，把吵闹的房间与需要安静的房间分开是最常用的一种隔声方法；,2020/4/25,80,隔声罩某些机器设备的噪声，如压缩机、发电机、变压器等动力设备以及非常吵闹的球磨机等机械加工设备的噪声可用隔声罩来降低；隔声罩结构通常由一定厚度的钢板和多孔吸声材料构成；隔声罩设计时要注意防范隔声罩的负作用（放大作用）；即不但没有起到屏蔽机组噪声的作用，反而把机组噪声放大了；隔声间在吵闹的车间内，为了保护工人不受干扰，可以开辟一个安静的环境，如建立隔音操作室、休息室等；也可以用隔声间把吵闹的机器全部密封起来，以降低声源的辐射；,2020/4/25,81,无论何种形式和结构，其隔声原理均相同，衡量隔声效果用透射系数和隔声量R表示；隔声结构的隔声量计算（1）单层墙的隔声当声波入射到墙上时，墙的透射程度可用透射过去的声能Et与入射的声能Ei的比值来表示，称为透射系数；,值越小，说明隔声结构的隔声性能越好；1106，不便于使用；,2020/4/25,82,用隔声量R来表示墙的隔声性能则符合习惯，R与的关系为：,如普通砖墙104105间，其隔声量R4050dB；,隔声质量定律隔声墙的隔声效果符合隔声质量定律即噪声频率愈高，墙的单位面积重量愈大，墙的隔声效果越好；如果取500Hz时的隔声量做为该噪声的平均隔声量，则R的计算公式为：,2020/4/25,83,当m100/时：,当m100/时：,经计算可知仅靠提高墙的重量来提高隔声量是很不经济的，实际生产中用带空气层的双层或多层隔声墙能大大提高隔声效果，还能大量节约筑墙材料；,2020/4/25,84,（2）带空气层的双层墙的隔声在实际的设计和工程中仍可按质量定律来计算双层墙的隔声量，但要附加一个修正项R；当(m1+m2)100/时：,当(m1+m2)100/时：,式中R可从图3-9中的曲线查出，它的大小随空气层的厚度增大而增加；,2020/4/25,85,4.5控制噪声的基本方法（续）,4.5.3消声技术,消声技术主要用于控制空气动力性噪声；在我国矿井生产中普遍使用局部扇风机、风动或电动凿岩机、空气压缩机；在地面发电厂、锅炉房、扇风机房都装有离心式或轴流式等各种类型的扇风机；这些设备的噪声级高达90dB(A)以上，有的高达110dB，远远超过国家噪声工业卫生标准，是影响正常生产、干扰声响信号、危害人身心健康的有害因素；治理这些设备产生噪声的主要方法是给其装配上消声器，使每台设备的噪声都降到85dB(A)以下；,2020/4/25,86,消声器消声器就是允许气流通过而阻止声传播的一种消声装置；它是消除机械气流噪声的主要设施，可使机械设备进出气口噪声降低2050dB；消声器好坏的评价指标主要是三项指标，即消声量、消声频率范围及阻力损失；另外，消声器还应具有较好的结构刚性，防止受激振动而辐射再生噪声，并要求体积适宜、工艺简单、便于安装、经济耐用；,2020/4/25,87,消声器的种类阻性消声器；抗性消声器；阻抗复合式消声器；微穿孔板消声器；,2020/4/25,88,阻性消声器是借助安装在管内的吸声材料或吸声结构的吸声作用，使沿管道传播的噪声随距离增加而衰减，也就是将声能转化为热能，达到消声目的；可见，这种消声器的消声量主要取决于所用吸声层的吸声系数和长度；（1）阻性消声器的种类按照气流通道的几何形状可分为圆管式消声器、片式消声器、蜂窝式消声器、室式消声器、折板式消声器等；如图3-10所示；,1、阻性消声器,2020/4/25,89,（2）阻性消声器的消声原理当声波通过衬贴有吸声材料的管道时，声波将激发多孔材料中无数小孔内空气分子的振动，其中一部分声能将用于克服摩擦阻力和粘滞力，而变为热能；（3）消声频率范围阻性消声器吸声频带较宽，有良好的中高频消声性能，特别是对刺耳的高频噪声有突出的消声作用；对低频声消声性能差，但只要适当地增加吸声材料的厚度和密度，低中频消声性能也可大大改善；,2020/4/25,90,上限截止频率当声波的频率高至一定限度时，这时由于相应的波长与消声器通道直径（或宽度）相比较短，声波形成声束在通道中几乎像光波一样直线地通过，而与吸声材料表面接触很少，消声量便大为降低；消声系数降到0.5时的频率定义为上限截止频率，以符号fu表示，并且由式（3-48）计算：,式中fu消声器的上限截止频率，Hz；C声速，在常温下为344m/s；d通道截面几何尺寸，圆形为直径，方形为边长，狭矩形为宽度；,2020/4/25,91,下限截止频率在消声器中，对于一定厚度和密度的吸声材料，当频率低至一定限度时，由于声波太长，吸声性能显著下降；吸声系数降到0.5以下时，该相应的频率称为下限截止频率，以符号fl表示，并且由式（3-49）计算：,式中fl消声器的下限截止频率，Hz；C声速，在常温下为344m/s；D吸声材料的厚度，m；,2020/4/25,92,（4）消声量的计算阻性消声器消声量的计算方法很多，但缺乏精确的计算公式，一般按下式估算：,上式是圆管式阻性消声器消声量的计算公式；片式消声器消声量计算公式是由上式略加简化而来；,消声系数，它是与阻性材料的吸声系数有关的数值，见表3-8；,2020/4/25,93,（5）阻性消声器的设计方法与步骤风机消声多采用阻性消声器，现以风机用阻性消声器为例说明其设计方法及步骤；（6）阻性消声器的应用实例赤马山矿的通风方式为抽出式，排风口的噪声达100dB以上，他们所设计的阻性消声器的结构是在风硐内砌筑吸声墙，也就是采用片式消声结构；墙间距离0.250.36m，墙厚0.19m，筑墙的材料为矿渣膨胀岩吸声砖，墙间风速5.6512.35m/s，阻塞比为0.30.4；该矿两个风井的排风口都采用了这种消声结构；西风井噪声由103.5dB(A)降低到78dB(A)，东风井由113dB(A)降低到80dB(A)；该消声器的通风阻力损失只有2050Pa；铜绿山矿的南风井也采用了这种消声结构，同样取得了良好的消声效果；,2020/4/25,94,抗性消声器是借助管道截面的突然扩张或收缩，或旁接共振腔，使沿管道传播的噪声在断面突变处向声源反射回去，达到消声目的；它构造简单、耐高温、耐气体侵蚀和冲击腐蚀；属于结构型消声器，是利用一定的结构造成声(阻)抗的变化来达到消声目的；按其消声原理可分为三种：扩张室消声器；共振腔消声器；干涉消声器；,2、抗性消声器,2020/4/25,95,扩张室消声器，最简单的结构形式是由一个扩张室和连接管道串联组成的单节扩张室，如图3-12a所示；在实际应用中扩张室消声器有多节的、内接管式或外接管式等多种形式；最简单的共振消声器是单腔共振器，如图3-12b所示；其构造是在一段气流通道的管壁上开若干个小孔与管外密闭的空腔相通，小孔和密闭空腔组成了一个共振消声器；干涉消声器是利用声波干涉原理设计的，如图3-12c所示；在长度为L2通道段上，装一旁通管，这样使声波沿两条不同的途径传播，而后又汇合，通过适当设计使其相位相反，声能因互相干涉抵消，达到消声目的；,2020/4/25,96,（1）扩张室消声器消声量Lp的计算单节扩张室消声器的消声量一般按下式计算：,式中m扩张比，mS2/S1；k波数，k2/2f/C；l消声器的长度，m；,2020/4/25,97,（1）扩张室消声器（续）消声频率范围扩张室消声器对一定宽度的频带有良好的消声效果，当声波频率超出这个频带宽度范围时，该消声器将失去消声作用，消声器的上限和下限截止频率为：,式中C声速，m/s；D扩张室直径，m；V扩张室的容积，m3；S1气流通道断面积，m2；L连接管（通道）的长度，m；,2020/4/25,98,（1）扩张室消声器（续）扩张室消声器的优缺点及改进优点：结构简单、消声量大，适用于消除中低频噪声；缺点：消声器内部的阻力损失较大；单独使用一般多用在风机、排气放空或对阻力损失要求不严的场合，如用于内燃机、柴油机排气管道上；单节扩张室消声器存在一个致命缺点，就是有许多通过频率，即当l0.5或其整数倍时，消声量等于零；改进：采用内插管的办法，在进口和出口处，分别插入长度为l/2和l/4的两个小管，如图3-13所示；,2020/4/25,99,（2）共振腔消声器消声原理：利用小孔和空腔构成一个振动系统，当外来的声波与这个系统的固有频率相等时发生共振，于是部分声能转化为热能而消耗；优点：结构简单、消声量大、通风阻力损失很小；缺点：消声频带窄，对噪声频率选择性太强，体积也大；（3）干涉消声器这种消声器的缺点是消声频率带很窄，只适用于音调非常显著并且稳定不变，才能有好的消声效果；设计制作不佳时效果很差；,2020/4/25,100,为在宽频率范围内有较好的消声量，常根据上面几种类型消声器的消声特性，采用两种或多种类型的组合方式：串联的，即两种或多种所需要的消声器连接起来使用；并联的，即在同一消声器内采用两种或两种以上不同类型消声结构并联使用；,3、阻抗复合式消声器,4、微穿孔板消声器,微穿孔板消声器是建立在微穿孔板吸声结构基础上的；在小于1mm的薄金属板、胶木板、塑料板等上面，穿大量的小于1mm的微孔，做成微穿孔板，并选取孔心距为孔径的58倍；把这种薄板固定在钢板上，板间留1024mm的空腔就构成微穿孔板吸声结构；如图3-14所示；,2020/4/25,101,消声原理：利用减小共振结构的孔径，提高声阻，以达到扩大消声频带的目的，同时利用空腔的大小来控制吸收峰的共