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人因与工效学 Human Factors and Ergonomics 第6章 噪声及振动环境 温沛涵温沛涵 重庆大学机械工程学院 工业工程系 wenph_-2-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 6.1 声音及其度量 6.2 噪声及其对人的影响 6.3 噪声测量及评价标准 6.4 噪声控制 6.5 振动环境 6.6 特殊工作环境-3-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 6.1 声音及其度量 6.2 噪声及其对人的影响 6.3 噪声测量及评价标准 6.4 噪声控制 6.5 振动环境 6.6 特殊工作环境 温沛涵 重庆大学-4-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 声音的基本概念 物体振动产生声音，振动物体称为声源 声振动：机械振动 纯音、复合音 乐音、噪声 声音的形成：振动的发生与传播 传播介质：具有惯性和弹性的物质 声音在空气中传播：声波、纵波 物理特征：频率、波长、声速 温沛涵 重庆大学-5-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 声音的物理描述 频率（f-Hz）：声源每秒钟振动的次数 人耳感受频率：20 20000 Hz 超声波（20000 Hz）、次声波（20 Hz）低频声（1000 Hz）波长（-m）：一个波动周期传播的距离 声速（v-m/s）：声波在媒介中传播的速度 影响因素：介质、温度 =温沛涵 重庆大学-6-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 声音的物理度量 声压、声压级 声压（P-Pa）：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 是是表示声音强弱的物理表示声音强弱的物理量量 听阈声压：正常人耳刚刚能听到的声压听阈声压：正常人耳刚刚能听到的声压 痛痛阈声压：使人耳产生疼痛感觉的声压阈声压：使人耳产生疼痛感觉的声压 声压级（Lp-dB）：用对数值来度量声压 基基准声压：准声压：P P0 0 =2=2 1010-5 5 PaPa =20lg 0 温沛涵 重庆大学-7-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 声音的物理度量 声压级合成法则 实际噪声环境中往往有多个声源同时存在，产生的总声压可通过能量合成的原则计算 声源声压级 总声压除去背景声压总声压除去背景声压 修正法修正法 niLPtPiL11.010lg10)1010lg(101.01.0PbptLLPiL温沛涵 重庆大学-8-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 声音的物理度量 频谱分析 频谱：不同频率(或频段)的声波具有不同的能量，频率成分与能量分布的关系称为声的频谱 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 频程：把声频范围划分为几个小频段，每一频段中上限频率与下限频率之间的距离 以上限频率和下限频率之比的对数表以上限频率和下限频率之比的对数表示示 倍频程数倍频程数 122logfnf122nff温沛涵 重庆大学-9-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 声音的物理度量 倍频程通常用几何中心频率代表 0=12 中心频率中心频率/Hz 31.5 63 125 250 500 频率范围频率范围/Hz 22.545 4590 90180 180354 354707 中心频率中心频率/Hz 1000 2000 4000 8000 16000 频率范围频率范围/Hz 7071414 14142828 28285656 565611212 1121222424 温沛涵 重庆大学-10-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 频谱图 温沛涵 重庆大学-11-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 人耳对声音的主观感受 声音响度级与响度 响度级（LN-phon）：与该声音听起来同样响的1000Hz 纯音的声压级 响度（N-sone）：对声音强度的主观感觉量 1 1 sonesone =40=40 phonphon 与声音频率和声强有关与声音频率和声强有关 复合音响度 StovensStovens 倍频程声压级计算倍频程声压级计算 NLNlg22.3340()tmtmNNFNN温沛涵 重庆大学-12-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 等响度曲线 温沛涵 重庆大学-13-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 人耳对声音的主观感受 计权声级（声级）通过计权网络测得的声压级 在声学测量仪器中引入一种模拟人耳听觉在不同频率上不同感受特性的计权网络，对被测噪声进行测量 人耳可听范围内按特定频率计权合成的声压级 频率计权电网络 A 计权网络 dB(A)：模拟人耳对40 方纯音的响度 B 计权网络 dB(B)：模拟人耳对70 方纯音的响度 C 计权网络 dB(C)：模拟人耳对100 方纯音的响度 温沛涵 重庆大学-14-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 人耳对声音的主观感受 A声级声级/dB 声声 源源 20203030 40406060 60607070 8080 9090 100100110110 轻声耳语轻声耳语 普通办公室内普通办公室内 普通交谈声普通交谈声，小型空调机小型空调机 大声交谈大声交谈，收音机收音机，较吵的街道较吵的街道 空压机站空压机站，泵房泵房，嘈杂的街道嘈杂的街道 织布机织布机，电锯电锯，砂轮机砂轮机，大鼓风机大鼓风机 常见声源的A声级 温沛涵 重庆大学-15-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 人耳对声音的主观感受 等效连续声级（等效声级、平均声级）起伏的不连续噪声 一段时间内A 声级能量平均值（Leq dB(A)）统计声级 环境噪声大小变化不规则且变动幅度大 用不同噪声级出现的概率或累计概率度量噪声 物理意义：达到或大于某一声级的概率（Ls）L L10 10=70dB,L=70dB,L50 50=60dB60dB,L L90 90=50dB50dB 噪声的统计特征符合正态分布 TtLeqdtTLPA0)(1.0101lg1025060eqdLL1090dLL-16-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 6.1 声音及其度量 6.2 噪声及其对人的影响 6.3 噪声测量及评价标准 6.4 噪声控制 6.5 振动环境 6.6 特殊工作环境 温沛涵 重庆大学-17-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声及其来源 噪声：一切对生活和工作有妨碍的声音 工业噪声 空气动力噪声、机械噪声、电磁噪声 交通噪声 机动车、火车、飞机、船舶 建筑施工噪声 社会噪声 温沛涵 重庆大学-18-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声的影响 噪声对听力的影响 噪声性耳聋：200Hz,1000Hz,2000Hz(25dB)噪声强度、频率、接触时间 低频感觉（大面积）、高频感觉（小面积噪声对其它生理机能的影响 神经系统 内分泌和心血管系统 消化系统 温沛涵 重庆大学-19-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声的影响 噪声对心理的影响 声强、频率、稳定性（间断、脉冲、连续）噪声对语言交流的影响 声音的遮蔽效应 语言干扰级（SIL）500Hz,1000Hz,2000Hz,4000Hz500Hz,1000Hz,2000Hz,4000Hz为中心频率的为中心频率的4 4个声压级的算数个声压级的算数平均值平均值 噪声对作业能力和工效的影响 -20-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 6.1 声音及其度量 6.2 噪声及其对人的影响 6.3 噪声测量及评价标准 6.4 噪声控制 6.5 振动环境 6.6 特殊工作环境 温沛涵 重庆大学-21-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声测量 室内噪声测量 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 若噪声有明显变化或出现间隙，则应测量等效连续声级 温沛涵 重庆大学-22-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声测量 机器设备噪声测量 测点均匀布置在所测机器周围，4-8个测点 测点高度在所测设备中间处，高于地面0.5 m 外形尺寸与测点位置 小小型设型设备（备（30cm 100cm 100cm）测）测点点距表距表面面100cm100cm左左右右 大型特大型特大型设备，测点大型设备，测点距表距表面面100500cm100500cm左左右右 温沛涵 重庆大学-23-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声测量 交通车辆噪声测量 测量行驶中车辆的噪声，应在平坦开阔的区间 测量行驶时车内噪声 车车窗紧窗紧闭闭 测点在测点在车内中车内中央离央离地地1.2m 1.2m 处、司处、司机、乘机、乘客头客头部附部附近近 分分别记录加速、满载、惯性行驶及制动时的别记录加速、满载、惯性行驶及制动时的情况情况 测量行驶时车外噪声 测测点取距离车体中心线点取距离车体中心线7.57.5米、距地面或轨道上方米、距地面或轨道上方1.2m 1.2m 高处高处 温沛涵 重庆大学-24-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声评价标准 噪声标准分类 作业者听力保护（等效连续声级）环境噪声烦恼度（等效连续声级、统计声级）工作条件效率（语言干扰声级）国外噪声标准 听力保护的噪声标准（A声级）：表6-5 环境噪声标准 住宅区住宅区3545dB(A)3545dB(A)，表，表6 6-6666-8 8 非住宅非住宅区，表区，表6 6-9 9 温沛涵 重庆大学-25-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声评价标准 中国噪声标准 2002，工业企业设计卫生标准，表6-10 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、行政区和生活政区和生活区区 噪噪声较大的设备应尽量将噪声源与操作人员隔声较大的设备应尽量将噪声源与操作人员隔开开 工工艺允许远距离控制艺允许远距离控制的可的可设置隔声操设置隔声操作作（控制控制）室室 工工作场所操作人员每天连续接触噪声作场所操作人员每天连续接触噪声8 8小时，噪声声级卫生小时，噪声声级卫生限值为限值为85dB(A85dB(A)，不足，不足8 8小时可根据时间减半限值增加小时可根据时间减半限值增加3dB(A)3dBA)的的原则确定，最高不得超过原则确定，最高不得超过115dB(A)115dB(A)城市环境噪声标准（表6-11）机动车辆噪声标准（表6-12）-26-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 6.1 声音及其度量 6.2 噪声及其对人的影响 6.3 噪声测量及评价标准 6.4 噪声控制 6.5 振动环境 6.6 特殊工作环境 温沛涵 重庆大学-27-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声控制 声源控制 降低机械噪声 选择发声小的材料选择发声小的材料 改变机械传动方式改变机械传动方式 改进设备机械结构改进设备机械结构 降低空气动力性噪声 降降低气流速度低气流速度 减减少压力脉冲少压力脉冲 减减少涡流少涡流 温沛涵 重庆大学-28-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 噪声控制 控制噪声传播 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 操作者听力保护 温沛涵 重庆大学-29-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 高架道路交通噪音和防噪屏设置-30-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 6.1 声音及其度量 6.2 噪声及其对人的影响 6.3 噪声测量及评价标准 6.4 噪声控制 6.5 振动环境 6.6 特殊工作环境 温沛涵 重庆大学-31-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 振动 质点或物体沿直线或弧线相对于基准位置做来回运动的形式 振动觉 全身振动、局部振动 振动变量 位移（振幅）、频率、加速度、速度 位移级、速度级、加速度级（dB）振动加速度与基准加速度之比对数的振动加速度与基准加速度之比对数的2020倍倍 基基准加速度：准加速度：1010-5 5m/sm/s2 2 温沛涵 重庆大学-32-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 人体对振动频率的反应 人体是一个复杂的振动系统 动力学效应：频率响应、幅度响应 频率响应特性分为：低频反应部分和高频反应部分，分界点大致是50 Hz 低频反应：身体共振 频率高至1000 Hz：振动能量在体内的传递率逐渐衰减，生物效应相应减弱 温沛涵 重庆大学-33-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 振动对人体的影响 全身振动对人体的影响 全身振动多为低频大幅度的振动 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，使人产生疲劳、劳动机能衰退等主观感觉。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，使生理效应增大。如果重要器官发生共振，则人体反应最强烈。表6-14 温沛涵 重庆大学-34-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 振动对人体的影响 局部振动对人体的影响 长期使用振动工具引起 引起神经系统、循环系统、骨关节肌肉运动系统的障碍及其他系统不同程度的机能改变。早期影响以神经系统受损为主。一般情况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。对骨骼肌肉系统的影响表现为肌无力，肌肉疼痛和萎缩；对胃肠功能、妇女月经、生理及生殖功能也可能发生影响。温沛涵 重庆大学-35-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 振动对人体的影响 局部振动对人体的影响 高频振动不论幅度大小，长期作用都产生有害影响 与加速度、接振时间体位和操作方式有关 振动的心理效应 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主观感觉不同（坐姿）坐姿）1 12 2 HzHz 轻轻度振度振动：感动：感觉轻松和舒适；觉轻松和舒适；（坐姿（坐姿）4 48 8 HzHz 中中度振度振动：感动：感觉十分不适。觉十分不适。温沛涵 重庆大学-36-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 振动对工效的影响 视觉辨认（4Hz）视觉对象处在振动环境中 观察者处于振动环境中 操作动作 频率、强度 35 Hz 追踪成绩下降最大 垂直振动45Hz 操操纵误差最大纵误差最大 侧向振动12Hz 跟踪能力最差跟踪能力最差 温沛涵 重庆大学-37-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 振动评价标准 ISO：人承受全身振动的评价指南 温沛涵 重庆大学-38-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 振动评价标准 全身振动允许界限 疲劳一工作效率降低界限 舒适性降低界限 比比疲劳一工作效率降低界疲劳一工作效率降低界限低限低10dB10dB 受振极限（健康界限）比比疲劳一工作效率降低界疲劳一工作效率降低界限高限高6dB6dB 我国振动评价标准 局部振动：表6-15 全局振动：表6-16 温沛涵 重庆大学-39-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 振动控制 减少和消除振源 隔离振源 改进生产工艺 增加设备的阻尼 采取隔振、吸振、阻尼等措施消除或减小振动，阻止振动的传播 采用多种形式的减振器 降低设备减振系统的共振频率 个体防护 限制接触振动时间-40-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 6.1 声音及其度量 6.2 噪声及其对人的影响 6.3 噪声测量及评价标准 6.4 噪声控制 6.5 振动环境 6.6 特殊工作环境 温沛涵 重庆大学-41-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 加速度效应 超重 由于加速度和惯性力的作用使物体重量增加 加速度作用下，机体内会出现一系列变化 沉重感、呼吸困难、胸痛、腹痛、视力障碍 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 视野变小灰视黑视 温沛涵 重庆大学-42-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 失重效应 当物体处于失重状态时，具有向下的加速度或加速度分量 对支持物的压力小于自身的重力 失重环境下需专门的操作装置 太空舱 温沛涵 重庆大学-43-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 高压与低压效应 高压：水下作业 水中每下潜10m，静水压就增加1个大气压 需呼吸与潜水深度压强相等的压缩气体 潜水深度超过150250m：高压神经综合症 低压和缺氧环境：高空飞行或登山作业 高空胃肠胀气 减压病 高原反应 温沛涵 重庆大学-44-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 电磁场环境 电磁辐射：天然辐射和人工辐射 辐射损伤 急性辐射损伤：一次性大剂量辐射 慢性辐射损伤：长期小剂量辐射累积 症状：疲乏、恶心、呕吐、食欲减退、头痛、眩晕、失疲乏、恶心、呕吐、食欲减退、头痛、眩晕、失眠、白眠、白细胞、细胞、红细胞和血小板显著减少、腹泻、便血、皮肤和粘膜出血、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、消化功能紊乱水肿、毛发脱落、白内障、消化功能紊乱 -45-http:/ HFE06_HFE06_噪声及振动环境噪声及振动环境 人因与人因与工效工效学学 温沛涵博士温沛涵博士 重庆大学机械工程学院重庆大学机械工程学院 工业工程系工业工程系 wenph_