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1、第七章 自然环境,7.4 噪声及振动环境,7.4.1 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。 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,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，声音显得愈尖锐；反之，显得低沉。 波长和声速 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。 声波在媒介中传播的速度称为声速，用c表示，单位为m/s。,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,二
2、、声音的物理度量,（一）声压、声压级 1、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。 声压是表示声音强弱的物理量，用P表示，单位是帕（Pa）。 2、声压级 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）。,表6-1 各种环境的声压和声压级,二、声音的物理度量,二、声音的物理度量,式中，LP为声压级（dB）； P 为声压（Pa）； P0为基准声压（P0=2105 Pa）。,（二）声压级表达式,二、声音的物理度量,（三）声压级合成法则 在实际噪声环境中，往往有多个声源同时存在，几个不同的声源同
3、时作用在声场中同一点上，它们产生的总声压可以通过能量合成的原则进行计算。,二、声音的物理度量,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 （i= 1,2,n）,总声压级,（i= 1,2,n）,例,5台机器在同一点的噪声级分别是84dB、88dB、90dB、93dB、95dB，求它们的总声压级为多少？,求总声压级的公式推导,根据声压合成法则有 背景声压级计算如下,例,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。,（三）频谱分析,1、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。
4、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。 2、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。,3、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。,（三）频谱分析,表6-3 倍频程的频率范围,倍频程,（三）频谱分析,或 式中 为倍频程数。 为上限频率， 为下限频率,（三）频谱分析,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)
5、为纵坐标进行绘图，如图所示。,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,（一）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)。 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。 响度与响度级的关系式为,例,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。,总响度:,式中： Nt为总响度指数； Nm为各频带中响度指数最大者； Nt为所
6、有频带的响度指数之和； F为倍频程选择系数,对倍频程，F=0.3；对1/3倍频程，F=0.15。,例,测量某噪声的各倍频程声压级如表所示，试求该噪声的总响度和总响度级。,（二）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，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
7、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 计权网络是模拟人耳对40 方纯音的响应，当信号通过时，其低频段（500Hz 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。,（二）计 权 声 级,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声级声级。原来规定70dB以下用A声级计，7090 dB用B声级计，90 dB以上用C声级计。
8、后研究表明，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。 表6-4 为几种常见声源的A声级。,（二）计 权 声 级,（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),式中，LPA(t)为瞬间A声级（dB(A)）； T为总测量时间（s）。,（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 噪声的统计特征符合正态分布，则,7.4.2 噪声及其对人的影响,一、噪声及其来源 从物理角度看，噪声是发声体做无规则振动时发出的声音。 噪声是“和当
9、前以及完成当前任务在信息上毫无关系的对听觉的刺激”。,7.4.2 噪声及其对人的影响,一、噪声及其来源,二、噪声对听力的影响,神经性耳聋、传导性耳聋 神经性耳聋是由耳蜗中可替式器官的细胞损伤或退化引起的。 传导性耳聋是由于外耳或中耳所产生的影响声波传人内耳的问题导致的。,老年性耳聋、社会性耳聋,老年性耳聋是指由于正常的年龄衰老所导致的听力损伤。社会性耳聋是指由于非职业性噪声源而引起的听力损伤,例如,由家庭噪声、电视机、收音机、交通等声音造成的听力损伤。,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 持续性的强烈噪声会使人的听力受到损害 噪声性耳聋与噪声的强度、噪声的频率及接触的时间
10、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,案例,Meecham(1983)报告了对住在洛杉矶国际机场附近的200000个居民为期8年的研究。他发现,与居住在安静区域的居民相比,居住在暴露于喷气机降落噪声区域的居民中,75岁以上的人心脏病死亡率以及4554岁之间的自杀率都要更高。在高危区域,飞过头顶的喷气机产生115dB的噪声,在高峰时段,每2.5min飞过头顶一次,足够让所有人感到紧张。,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,五、噪声对
11、语言交流的影响,声音的掩蔽效应 语言干扰级(SIL)是评价噪声对语言通讯干扰程度的评价参量,六、噪声对作业能力和工效的影响,噪声直接或间接地影响工作效率 噪声干扰对人的脑力劳动的影响,一些噪声对绩效影响的可靠结论,(1)除了涉及短时记忆的任务外,对绩效产生明显影响的噪声水平都很高,通常高于95dBA; (2)简单重复操作的绩效通常不受噪声影响,甚至噪声会对其绩效有所改善; (3)如果一个人需要在特定时间作出反应、接收到清楚的警示信号,以及需要对简单的可视刺激作出反应,那么连续的响噪声几乎没有影响;,一些噪声对绩效影响的可靠结论,(4)噪声对感觉功能(例如视敏度、对照判别、暗视、适应性调节以及眼
12、动速度)几乎没 有影响(Smith,1989); (5)运动绩效几乎不受噪声影响,除非影响到了平衡; (6)如果被试得到足够警示信号提示何时反应,简单反应时间不受噪声影响;,7.4.3 噪声测量及评价标准,一、噪声的测量 （一）室内噪声的测量 左为声级计。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。,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
13、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100500cm左右。,（二）机器设备噪声的测量,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。,（三）交通车辆噪声的测量,二、噪声评价标准,以等效连续声级为指标 以等效连续声级、统计声级为指标 以语言干扰声级为指标,(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
14、标准,二、噪声评价标准,表6-5 听力保护的噪声标准（A声级）,1.国外听力保护的噪声标准（A声级）,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 。,表6-6 不同时间环境噪声标准修正表,2.国外环境噪声标准,表6-7 不同地区环境噪声标准修正表,2.国外环境噪声标准,表6-8 室内噪声标准修正表,2.国外环境噪声标准,表6-9 非住宅区室内噪声标准,2.国外环境噪声标准,（二）中国噪声标准,我国先后公布了多个重要的噪声标准。2002年经国家
15、卫生部正式工业企业设计卫生标准GBZ 1-2002中规定：具有生产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)。,表6-10 工作地点噪声声级的卫生标准,表6-11 非噪声工作地点噪声声级的卫生限值,表6-13 城市5类环境噪声标准值*,* 摘自中华人民共和国城市区域环境噪声标准GB309693,7.4.4 噪声控制,声源控制 控制噪声的传播 操作者的听力保护,声源控制,降低机械噪声 选择发声小的材料 改变机械传动方式
16、 改进设备机械结构 降低空气动力性噪声,控制噪声的传播,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,我就是吸声棉,听力保护,。大体来说,内置式比外覆式的保护功能更强, 最好的内置式是膨胀泡沫耳塞。它的泡沫颗粒小,可任意使用的泡沫块可用手指捻实,搓成细条,塞进耳道。几秒钟后泡沫开始膨胀,充满耳道,对噪声形成有效屏障。,听力保护,7.4.5 振动环境,人体振动特性 人体对振动频率的反应 振动对人体的影响 振动对工效的影响 振动的评价 振动的测量 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响应和幅度响应构成 。 人体频率响应特性分为低频反应部分和高频反应部分，其分界点大致是50 Hz 。,二、人体对振动频率的反应,人体对低频反应的主要现象是身体共振。 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 。,三、振动对人体的影响,全身振动对人体的影响 局
