人因工程之声音环境课件

《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。声音振动的发生振动的传播：中间介质(弹性和惯性)空气液体（水）固体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2×10-5Pa（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2×10-5～20Pa。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，P0＝2×10-5Pa。例1有5台机器在同一点的噪声级分别为84、88、90、93、95dB，求它们的总声压级为多少？解：直接套用公式，得总声压级：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：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

①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。②妨碍声：声音不大，但妨碍人们的交谈、学习、思考和睡眠。③刺激声：刺耳的声音，如汽车刹车声、电锯声。④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

①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。②交通噪声：交通工具产生的噪声；③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①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。②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。③无规律噪声：声音强弱随时间无规律变化。

例如：交通噪声。④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10～15dB，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15～25dB，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、1kHz、2kHz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：25～40dB,中度耳聋：40～55dB,显著耳聋：55～70dB,严重耳聋：70～90dB,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。55～65dB（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。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（70～80dB（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80～90dB（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。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：（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消声处理后响度为宋响度降低百分数=

例如，声压级是40dB，1kHz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，1kHz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3000～4000Hz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。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：L10＝70dB(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％。L50＝60dB(A)表示噪声超过或不超过60dB(A)的概率各占50％。L90＝50dB（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5s）取一个值，然后统计L10、L50、L90等指标。式中，d＝L10－L90，d值越大说明噪声起伏程度越大，分布越不集中。（4）如果噪声级的统计特征符合正态分布，则（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）。

噪声暴露量是综合考虑了噪声强度与暴露时间的累积效应。即A计权声压值平方的时间积分，用符号E表示，其表达式为（Pa2·h）1（Pa2·h）相当于在85dB的噪声环境中工作8h。4.语言干扰级（SIL——SpeechInterferenceLevel）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4000Hz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500Hz、1000Hz和2000Hz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，4000Hz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、4000Hz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、4000Hz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室，以防止噪音扩散。将空压机放在消音室。例2：位于居民区附近的高速公路或高架公路，为防止噪音干扰，在公路两侧护栏上安置隔音板。上海的高架公路防噪隔板（图）。例3：也有用隔音室把人防护起来，如城市里的电话亭的设置就是为了防止外界噪声的干扰。

北京街头的“大黄帽”电话厅的设计。(3).吸声

吸收声能，降低声反射。图

吸声结构与空洞。例1：锯片的喷水吸噪。例2：摩托车的消音器

3、个人防护(1).当其它措施不成熟或达不到听力保护标准时，使用耳塞