人因工程学第6章噪声及振动环境课件

1、第六章 噪声及振动环境第1页，共73页。基本要求掌握声音的物理度量；了解人耳对声音的主观感觉；了解噪声对人的影响；了解噪声评价标准；重点掌握噪声的测量及控制途径。第2页，共73页。第一节 声音及其度量一、声音的基本概念物体的振动产生声音，振动发声的物体被称为声源。 声音的形成是由振动的发生与传播这两个环节组成。 声音的三个重要的物理量：频率、波长、声速。第3页，共73页。一、声音的基本概念（一）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范围是2020000Hz。 低于20，次声波；高于20000，超声波。在声频范围内，声波的频率愈高，声音显得愈尖锐；反之

2、，显得低沉。 低频声波：20300； 中频声波： 3001000； 高频声波：100020000第4页，共73页。一、声音的基本概念（二）波长 声波在一个波动的周期内传播的距离称为波长，记作， 单位为m。（三）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。 第5页，共73页。一、声音的基本概念 式中 ，为波长（m）； c 为声速（ms）； f 为频率（Hz）。频率、波长和声速之间的关系： 第6页，共73页。二、声音的物理度量 （一）声压、声压级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。声压是表示声音强弱的物理量，用P表示，单位是帕（Pa）。 正常人耳刚刚能听

3、到的最低声压称为听阈声压，约为210-5 Pa；使人耳产生疼痛感觉的声压称为痛阈声压，约为20 Pa 。第7页，共73页。二、声音的物理度量通常用对数值来度量声压，称为声压级。 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Lp 表示，单位是分贝（dB）。式中， Lp为声压级（dB）；P 为声压（Pa）； P0为基准声压（ P0=210-5 Pa ）第8页，共73页。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

4、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工作时安静房间内轻声谈话树叶落下的沙沙声乡村安静夜晚刚刚能听到的声音第9页，共73页。 二、声音的物理度量 （二）声压级合成法则 若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：第10页，共73页。二、声音的物理度量背景声压级根据声压合成法则有：第11页，共73页。三、人耳对声音的主观感觉 声音的响度级与响度； 计权声级； 等效连续声级； 统计声级。

5、第12页，共73页。三、人耳对声音的主观感觉（一）声音的响度级与响度人感觉到的声音的大小，不仅与声压级有关，也与声音的频率有关。响度级是人们对声音进行主观评价的一个基本量，它反映了声压级和频率两者对人耳听觉的综合作用效果。用LN 表示，单位为方(phon) 。响度级(方值)就等于与该声音同样响的1000赫兹纯音的声压级。等响曲线上的数字表示声音的响度级，每条曲线的响度级方值，也就是频率为1000赫兹的纯音的声压级分贝值。第13页，共73页。图6-2 等响曲线第14页，共73页。三、人耳对声音的主观感觉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。响度用N表

6、示，单位为宋（sone），并规定1宋=40方。响度与响度级的关系式为：第15页，共73页。三、人耳对声音的主观感觉（二）计权声级为使噪声测量结果与人耳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，对不同频率的客观声压给与适当增减，这种修正的方法叫频率计权。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。 第16页，共73页。三、人耳对声音的主观感觉频率计权电网络 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。

7、一般设置A、B 和C 三种计权网络，其中：A 计权网络是模拟人耳对40方纯音的响应，当信号通过时，其低、中频段（1000Hz以下）的声音有较大的衰减；B 计权网络是模拟人耳对70方纯音的响应，它使接收、通过的低频声音有一定的衰减；C 计权网络是模拟人耳对100方纯音的响应，在整个可听频率范围内有近乎平直的特性。使所有频率的声音近乎平直通过。第17页，共73页。三、人耳对声音的主观感觉A、B、C声级不同计权网络测量的结果，分别标以dB（A）、dB（B）和dB（C），称为A声级、B声级、C声级。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

8、价指标。表6-4为几种常见声源的A声级。 第18页，共73页。A声级/dB声 源2030406060708090100110轻声耳语普通办公室内普通交谈声，小型空调机大声交谈，收音机，较吵的街道空压机站，泵房，嘈杂的街道 织布机，电锯，砂轮机，大鼓风机 表6-4 几种常见声源的A声级三、人耳对声音的主观感觉第19页，共73页。三、人耳对声音的主观感觉（三）等效连续声级 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) 。可用积分声级计直接测量。式中，LPA(t)为瞬间A声级dB (A) ； T为总测量时间（s）。第20页，共73页。

9、（四）统计声级统计声级的物理定义为达到或大于某一声级的概率，用符号Ls表示。 如L10=70dB表示整个测量期间噪声大于等于70dB的概率为10%。如果噪声的统计特征符合正态分布，则 三、人耳对声音的主观感觉第21页，共73页。第二节 噪声及其对人的影响一、噪声及其来源 噪音在工作环境和公共生活中无处不在，形成噪音污染。 噪音通常是指“与目前状况无信息方面的联系或与完成眼下任务无关的听觉刺激物”。 与任务有关但无信息量的声音在效果上和与任务无关的声音一样。第22页，共73页。2000年温州市区噪声污染总体水平依然严重，其中生活噪声影响最大。 一、噪声及其来源噪声来源包括工业噪声、交通噪声、施工

10、噪声 、社会噪声第23页，共73页。二、噪声对听力的影响第24页，共73页。二、噪声对听力的影响 噪声对人的听觉器官的损害大致分为两种：听觉疲劳、噪声性耳聋。听力损失与噪音强度成正比：80到90分贝只引起轻度听阈位移，大约在8-10分贝。噪音增加到100分贝时，听阈位移可高达50-60分贝听力损失与噪音的持续时间成正比100分贝暴露10分钟损失16分贝，暴露100分钟损失32分贝听力恢复所需要的时间与噪音的强度和时间成正比轮流在噪音和安静的环境下可减少听力损失第25页，共73页。三、噪声对其它生理机能的影响 对神经系统的影响。 失眠、多梦、头痛、心慌、记忆力衰退。对内分泌和心血管系统的影响。

11、内分泌紊乱、心跳过速、高血压、动脉硬化、冠心病。对消化系统的影响。胃肠炎、胃溃疡。吵闹噪音会形成“惊觉反射”，其特征是肌肉收缩，眨眼，头部突然动作，呼吸运动更深、更慢，心率有小的变化，以及瞳孔扩张。身体外围区域，特别是皮肤的血管直径也有适度减小。所有这些反应都是相对短暂的，很快就恢复正常或接近正常水平。随着重复暴露于这个噪音,响应的幅度也减小了。第26页，共73页。四、噪声对心理的影响 噪声对心理的影响主要是使人产生烦恼、焦急、讨厌、生气等不愉快的情绪。 脉冲噪声比连续噪声的影响更甚，响度越大影响也越大 。“脉冲噪音”定义为上升到峰值强度的时间小于35ms，持续到低于峰值20dB(A)的时间小

12、于500ms的声波。脉冲噪音声压峰值（dB（A）每8小时最大允许脉冲数14010013531613010001253162120891311531623112.457600第27页，共73页。五、噪声对语言交流的影响 声音的掩蔽效应 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，这种现象成为声音的掩蔽效应。声音高于噪音20分贝， 比较理想声音高于噪音10分贝，可以听清声音接近或等于噪音，勉强听清声音低于噪音10分贝，完全听不清第28页，共73页。六、噪声对作业能力和工效的影响 噪音干扰人的复杂脑力劳动噪音使学习新的技能变得困难工作效率的影响机加工:噪音降低25分贝

13、,废品减少了50%装配:噪音降低了20分贝,产量增加了30%打字:噪音降低了25分贝,打字错误率降低30%第29页，共73页。第三节 噪声测量及评价标准 一、 噪声的测量 （一）室内噪声的测量 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。图6-3 数字式声级计 第30页，共73页。（二）机器设备噪声的测量（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30100cm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100c

14、m左右。（4）大型或特大型设备，测点距其表面100500cm左右。 一、 噪声的测量第31页，共73页。一、 噪声的测量（三）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7.5m、距地面或轨道上方1.2m高处。第32页，共73页。(一)国外噪声标准听力保护的噪声标准（A声级）环境噪声标准(二)中国噪声标准 二、噪声评价标准第33页，共73页。表6-5 听力保护的噪声标准（A声级）每个工作

15、日允许工作时间/h允许噪声级/dB(A)ISO（1971年）允许噪声级/dB(A)美国政府（1969年）允许噪声级/dB(A)美国工业卫生医师协会（1977年）84211/21/490939699102115（最高限）9095100105110115859095100105110二、噪声评价标准1.国外听力保护的噪声标准（A声级）第34页，共73页。2.国外环境噪声标准 1971年ISO提出的ISORl996环境噪声标准是：住宅区室外噪声标准为3545dB(A)。不同时间应按表6-6修正，不同地区按表6-7修正，室内按表6-8修正。非住宅区的室内噪声标准见表6-9。时 间修正值/dB(A)白天

16、晚上深夜0-51015表6-6 不同时间环境噪声标准修正表二、噪声评价标准第35页，共73页。表6-7 不同地区环境噪声标准修正表地 区修正值/dB(A)乡村住宅、医院疗养区郊区住宅、小马路市 区工商业和交通混合区城市中心工业地区0510152025二、噪声评价标准表6-8 室内噪声标准修正表窗户条件修正值/dB(A)开 窗单层窗双层窗-10-15-20第36页，共73页。表6-9 非住宅区室内噪声标准场 所修正值/dB(A)办公室、商店、小餐厅、会议室大餐厅、带打字机的办公室、体育馆大的打字机室车间(根据不同用途)3545554575二、噪声评价标准第37页，共73页。（二）中国噪声标准 我

17、国曾先后公布了多个重要的噪声标准，如工业企业噪声卫生标准、城市环境噪声标准和机动车辆噪声标准等。 2002年经国家卫生部正式工业企业设计卫生标准GBZ1-2002中规定：具有生产性噪声的车间应尽量远离其它非噪声作业车间、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；工艺允许远距离控制的，可设置隔声操作(控制)室。工作场所操作人员每天连续接触噪声8小时，噪声声级卫生限值为85dB(A)。 二、噪声评价标准第38页，共73页。表6-10 工作地点噪声声级的卫生标准日接触噪声时间/h 卫生限值/dB(A)8 85 4 88 2 91 1 94 1/2 97 1/4 100 1/8 10

18、3 最高不得超过115dB(A) 二、噪声评价标准第39页，共73页。表6-11 城市区域环境噪声标准值地 区声级/ dB(A)白天（721时）声级/ dB(A)夜间特别需要安静地区一般居民、文教区居民、商业、工业混杂区工业区城市中的道路交通干线两侧区域、穿越城区的内河航道两侧区域等50556065704045505555注：摘自中华人民共和国城市区域环境噪声标准GB30961993二、噪声评价标准第40页，共73页。第四节 噪声控制一、声源控制； 二、控制噪声的传播；三、操作者听力保护 。第41页，共73页。一、声源控制 （一）降低机械噪声 （1）选择发声小的材料； 高阻尼、高分子材料 （2

19、）改变机械传动方式； 带传动代替齿轮传动 （3）改进设备机械结构； 提高箱体或机壳刚度 （4）改进工艺和操作方法；采用噪声小的工艺 （5）提高加工精度和装配质量。（二）降低空气动力性噪声 降低气流速度、减小压力脉冲、减小涡流。第42页，共73页。二、控制噪声的传播 （1）对工厂各区域合理布局； （2）调整声源的指向； （3）充分利用天然地形 ；（4）采用吸声、隔声、消声等措施； （5）采用隔振与减振措施。 第43页，共73页。楼板的隔声结构第44页，共73页。室内悬挂空间吸声体第45页，共73页。高架道路的防噪屏设置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

20、。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。第46页，共73页。三、个人防护个人防护主要是使用听力保护设备，也有辅助方法调配工作、对出现听力衰退的工人减少其暴露时间和对工人进行听力测试等。美国OSHA规定要求企业对所有噪音量超过85dB(A)的员工提供听力保护设备；噪音量在90dB(A)工人必须戴听力保护设备。 听力保护设备有两大类：嵌入型和包被型。嵌入型是铸模制作的，可以是泡沫塑胶或塑料的，或者是简易纤维的塞子；包被型可以是液体填充或泡沫填充的，放在束发带或钢盔中。不同类型的设备的效果差别很大，需要根据干挠噪音的特性选择合适的听力保护器。

21、第47页，共73页。第五节 振动环境一、人体振动特性； 二、振动对人体的影响； 三、振动对工效的影响； 四、振动的评价；五、振动的控制与防护。第48页，共73页。一、人体振动特性 振动的定义生产性振动分类：1）全身振动；2）局部振动振动的基本物理量包括位移、频率、速度和加速度。频率和加速度是评价振动对人体健康的重要参量。与噪声度量相似，振动的度量也常用到“级”的概念，国际上最常用的是加速度级，是振动加速度与基准加速度（10-5m/s2）之比的对数乘以20，单位为dB。振动测量是测量振动强度、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，就可以用于振动测量。常用的有机械式测量仪

22、和电压式测振系统。第49页，共73页。1.全身振动对人体的影响 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、劳动机能衰退等主观感觉。 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。器官越大，固有频率越低。如果是重要的器官发生了共振，则人体的反应最强烈。二、振动对人体的影响 第50页，共73页。2局部振动对人体的影响 局部振动病（如白指病）是长期使用振动工具引起的。局部振动能引起神经系统、循环系统、骨关节肌肉运动系统的障碍及其它

23、系统不同程度的机能改变。 振动的早期影响以神经系统受损为主。一般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，反应时间延长，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、生理及生殖功能也可能发生影响。 二、振动对人体的影响 第51页，共73页。3.振动的心理效应 振动引起的心理效应主要是感觉不舒适和烦恼，甚至疼痛，进而影响工效。 不同的振动参数下人体受振时的主观感觉不同。 坐姿的人，对12Hz的轻度振动感觉轻松和舒适； 对48Hz的中度振动，感觉十分不适。 二、振动对人体的影响 第52页，共73页。三、振动对

24、工效的影响 （1）对视觉辨认绩效的影响： 视觉对象处在振动环境中，当振动频率为1-2HZ，人眼跟踪目标运动的能力开始破坏，绩效下降；当振动频率为2-4HZ，人眼无法跟踪目标。 观察者处于振动环境中。（2）对操作反应的影响 在垂直方向上的正弦振动的不利影响发生在420Hz内，加速度超过0.20g时，它比无振动的控制状态多出现高达40的追踪错误。 第53页，共73页。图6-4 人受横向水平振动时的选择反应时间 三、振动对工效的影响 第54页，共73页。图6-5 垂直振动时人的手眼协调的平均动作时间 三、振动对工效的影响 第55页，共73页。（一）振动评价标准1国际标准化组织提出的“人承受全身振动的

25、评价指南” IS02631-1989（E） 该标准根据加速度有效值（0.120m/s2）、振动频率（1/3倍频程的中心频率，180 Hz）、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。四、振动的评价第56页，共73页。图6-6 全身振动允许界限 第57页，共73页。(1)疲劳一工作效率降低界限。如图6-6所示，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。该界限主要用于劳动环境振动评价。(2)舒适性降低界限。以不影响人的日常活动或工作

26、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。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。它比疲劳工作效率降低界限的振动级高6dB，超过这个界限，会影响人体健康与安全。四、振动的评价第58页，共73页。2.我国振动控制标准 GBZl-2002工业企业设计卫生标准中对工作场所的振动强度规定如下：局部振动作业，其接振强度4小时等能量频率计权振动加速度不得超过5m/s2，接振时间少于4小时可按表6-15适当放宽。

27、四、振动的评价表6-15 局部振动强度卫生限值日接振时间/h卫生限值/(m/s2)246128112第59页，共73页。表6-16 全身振动强度卫生限值工作日接触时间/h卫生限值dB(A)(m/s2)81160.624120.81.12.51231.41.0127.62.40.5131.13.6四、振动的评价第60页，共73页。（1）减少和消除振源。1）隔离振源。2）改进生产工艺，如用液压、焊接代替铆接可消除或减少振动。3)增加设备的阻尼，如采用吸振材料、安装阻尼器或阻尼环、附加弹性阻尼材料等，以减轻设备的振动。对于可能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

28、措施来消除或减小振动，阻止振动的传播，最大限度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。 五、振动的控制与防护第61页，共73页。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形式的减振器。6)降低设备减振系统的共振频率。可通过减少系统刚性系数或增加质量来降低共振频率。例如，风扇、吹风机、泵、空气压缩机等，常用增加质量的方法来降低共振频率。（2）个体防护。使用防振手套，在全身振动时使用防振鞋等。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，可使用减振座椅、弹性垫，以缓冲振动对人的影响。（3）限制接触振动时间。五

29、、振动的控制与防护第62页，共73页。第六节 特殊工作环境一、加速度效应； 二、失重效应；三、高压与低压效应； 四、电磁场环境及其对人体的伤害。 第63页，共73页。一、加速度效应 由于加速度和惯性力的作用，会使物体重量增加，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、航天员工作中，长时间加速度作用可以很快地导致视觉障碍。 第64页，共73页。二、失重效应 “失重”，就是指人体身体各部分所受到的外力合力等于零，人处于一种完全飘浮的状态。 失重时人的操作活动不能像地面有重力时那样进行活动。第65页，共73页。三、高压与低压效应静水压力和水下作业条件 潜水作业 减压病 低压和缺氧的环境条件 高空飞行及登山作业 高原病 第66页，共73页。四、电磁场环境及其对人体的伤害 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。 辐射损伤症状：疲乏、恶心、呕吐、食欲减退、消化功能紊乱；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、毛发脱落、白内障等。第67页，共73页。谢谢！第68页，共73页。听觉疲劳在噪声环境下出现的听力疲劳，即听觉受强噪声的损害，当离开噪音环境，在安静的地方耳朵里仍嗡嗡作响，即耳鸣。耳鸣反过来掩盖听力，此时如果互相交谈，则听不清说话声。待过一段时间后，耳鸣消失，听力即能恢复，这就是听力疲劳