第七章

自然環境7.4噪聲及振動環境7.4.1聲音及其度量一、聲音的基本概念物體的振動產生聲音，振動發聲的物體被稱為聲源。聲音的形成是由振動的發生與傳播這兩個環節組成。

三個重要的物理量聲音的頻率聲音的波長聲音傳播的速度頻率聲源每秒鐘振動的次數稱為頻率，以f表示，單位為赫茲（Hz）。在聲頻范圍內，聲波的頻率愈高，聲音顯得愈尖銳；反之，顯得低沉。波長和聲速聲波在一個波動的周期內傳播的距離稱為波長，記作λ,單位為m。聲波在媒介中傳播的速度稱為聲速，用c表示，單位為m/s。

式中，λ為波長（m）；c為聲速（m／s）；f為頻率（HZ）。頻率、波長和聲速之間的關系

二、聲音的物理度量

（一）聲壓、聲壓級

1、聲壓。聲波在空氣傳播過程中，引起空氣質點振動導致空氣壓強變化叫聲壓。聲壓是表示聲音強弱的物理量，用P表示，單位是帕（Pa）。

2、聲壓級通常用對數值來度量聲壓，稱為聲壓級。聲壓級是聲壓與基準聲壓之比的以10為底的對數乘以20，用符號LP表示，單位是分貝（dB）。表6-1各種環境的聲壓和聲壓級聲壓N/m2聲壓級dB環境舉例聲壓N/m2聲壓級dB環境舉例63020063206.32.00.630.201501401301201101009080火箭發射噴氣式飛機附近開坯鍛錘，鉚釘槍大型球磨機大型鼓風機附近紡織車間汽車喇叭聲公共汽車上0.0630.0200.00630.00200.000630.00020.0000630.00002706050403020100繁華大街上普通說話微型電機工作時安靜房間內輕聲談話葉落下的沙沙聲鄉村安靜夜晚剛剛能聽到的聲音二、聲音的物理度量二、聲音的物理度量

式中，LP為聲壓級（dB）；P為聲壓（Pa）；P0為基準聲壓（P0=2×105Pa）。

（二）聲壓級表達式二、聲音的物理度量

（三）聲壓級合成法則在實際噪聲環境中，往往有多個聲源同時存在，幾個不同的聲源同時作用在聲場中同一點上，它們產生的總聲壓可以通過能量合成的原則進行計算。二、聲音的物理度量若在某點分別測得幾個聲源的聲壓為：P1，P2，…，Pn，該點總聲壓Pt滿足

（i=1,2,…,n）

總聲壓級

（i=1,2,…,n）

例5臺機器在同一點的噪聲級分別是84dB、88dB、90dB、93dB、95dB，求它們的總聲壓級為多少？求總聲壓級的公式推導根據聲壓合成法則有背景聲壓級計算如下例某背景聲源下，測得某聲源和背景聲源的總聲壓級為94dB，關閉聲源測得背景的聲壓級為85dB，試求聲源的聲壓級。（三）頻譜分析

1、頻譜各種聲源發出的聲音大多是由許多不同強度，不同頻率的聲音復合而成。具有不同頻率(或頻段)成分的聲波具有不同的能量，這種頻率成分與能量分布的關系稱為聲的頻譜。

2、頻譜分析將聲源發出的聲音強度按頻率順序展開，使其成為頻率的函數，并考察變化規律，稱為頻譜分析。

3、頻程為了便于實際測量和分析，人為地把聲頻范圍劃分為幾個小的頻段，在每一個頻段中，上限頻率與下限頻率之間的距離稱為頻程，它以上限頻率和下限頻率之比的對數表示，此對數通常以2為底。（三）頻譜分析表6-3倍頻程的頻率范圍中心頻率Hz31.563125250500頻率范圍Hz22.5～4545～9090～180180～354354～707中心頻率Hz100020004000800016000頻率范圍Hz707～14141414～28282828～56565656～1121211212～22424倍頻程（三）頻譜分析

或

式中 為倍頻程數。為上限頻率，為下限頻率（三）頻譜分析頻譜圖各頻率成分與能量分布關系的圖形稱為頻譜圖以頻率為橫坐標，以聲壓級(或聲功率級)為縱坐標進行繪圖，如圖所示。三、人耳對聲音的主觀感覺

聲音的響度級與響度計權聲級等效連續聲級統計聲級（一）聲音的響度級與響度

響度級是人們對噪聲進行主觀評價的一個基本量，用LN表示，單位為方(phon)。響度級(方值)就等于該純音的聲壓級數，即與該聲音同樣響度的1000赫茲純音的聲壓級。等響度曲線

聲音的響度

聲音的響度是人耳對聲音強度所產生的主觀感覺量，它與人對聲音響亮程度的主觀感覺成正比。響度與響度級的關系式為例某聲音的響度級為100方，經聲學處理后，其響度級降為70方，求響度降低的百分數。總響度:

式中：Nt為總響度指數；

Nm為各頻帶中響度指數最大者；

Nt為所有頻帶的響度指數之和；

F為倍頻程選擇系數,對倍頻程，F=0.3；對1/3倍頻程，F=0.15。∑例測量某噪聲的各倍頻程聲壓級如表所示，試求該噪聲的總響度和總響度級。中心頻率/Hz631252505001000200040008000聲壓級/dB4245475360636073響度指數0.160.691.442.684.97.07.018.7（二）計權聲級

聲級通過計權網絡測得的聲壓級稱為計權聲級，簡稱聲級。為使噪聲測量結果與人對噪聲的主觀感覺量一致，通常在聲學測量儀器中，引入一種模擬人耳聽覺在不同頻率上的不同感受特性的計權網絡，對被測噪聲進行測量。通過計權網絡測得的聲壓級稱為計權聲級，簡稱聲級。它是在人耳可聽范圍內按特定頻率計權而合成的聲壓級。頻率計權電網絡在聲學測量儀器中，根據等響度曲線，設置一定的頻率計權電網絡，使接收的聲音按不同程度進行頻率濾波，以模擬人耳的響度感覺特性。一般設置A、B

和C三種計權網絡，其中：

A

計權網絡是模擬人耳對40方純音的響應，當信號通過時，其低頻段（500Hz以下）的聲音有較大的衰減；

B

計權網絡是模擬人耳對70方純音的響應，它使接收、通過的低頻聲音有一定的衰減；

C計權網絡是模擬人耳對100方純音的響應，在整個可聽頻率范圍內有近乎平直的特性。使所有頻率的聲音近乎平直通過。（二）計權聲級

A、B、C聲級不同計權網絡測量的結果，分別標以dB（A）、dB（B）或dB（C），稱為A聲級、B聲級聲級。原來規定70dB以下用A聲級計，70～90dB用B聲級計，90dB以上用C聲級計。后研究表明，無論聲強多大，A聲級都能較好地反映人耳的響應特征，所以，如無特殊說明，基本都用A聲級表示噪聲評價指標。表6-4為幾種常見聲源的A聲級。（二）計權聲級（三）等效連續聲級

等效連續聲級是指某一段時間內的A聲級能量平均值，簡稱等效聲級或平均聲級，用符號Leq表示，單位是dB(A)

式中，LPA(t)為瞬間A聲級（dB(A)）；

T為總測量時間（s）。

（四）統計聲級

統計聲級的物理定義為達到或大于某一聲級的概率，用符號Ls表示噪聲的統計特征符合正態分布，則7.4.2噪聲及其對人的影響一、噪聲及其來源從物理角度看，噪聲是發聲體做無規則振動時發出的聲音。

噪聲是“和當前以及完成當前任務在信息上毫無關系的對聽覺的刺激”。7.4.2噪聲及其對人的影響一、噪聲及其來源二、噪聲對聽力的影響

神經性耳聾、傳導性耳聾神經性耳聾是由耳蝸中可替式器官的細胞損傷或退化引起的。傳導性耳聾是由于外耳或中耳所產生的影響聲波傳人內耳的問題導致的。老年性耳聾、社會性耳聾老年性耳聾是指由于正常的年齡衰老所導致的聽力損傷。社會性耳聾是指由于非職業性噪聲源而引起的聽力損傷,例如,由家庭噪聲、電視機、收音機、交通等聲音造成的聽力損傷。二、噪聲對聽力的影響

噪聲對人們正常生活的影響的主要表現持續性的強烈噪聲會使人的聽力受到損害噪聲性耳聾與噪聲的強度、噪聲的頻率及接觸的時間有關三、噪聲對其他生理機能的影響

對神經系統的影響對內分泌和心血管系統的影響對消化系統的影響案例,Meecham(1983)報告了對住在洛杉磯國際機場附近的200000個居民為期8年的研究。他發現,與居住在安靜區域的居民相比,居住在暴露于噴氣機降落噪聲區域的居民中,75歲以上的人心臟病死亡率以及45~54歲之間的自殺率都要更高。在高危區域,飛過頭頂的噴氣機產生115dB的噪聲,在高峰時段,每2.5min飛過頭頂一次,足夠讓所有人感到緊張。四、噪聲對心理的影響

噪聲對心理的影響主要是使人產生煩惱、焦急、討厭、生氣等不愉快的情緒脈沖噪聲比連續噪聲的影響更甚，響度越大影響也越大五、噪聲對語言交流的影響

聲音的掩蔽效應語言干擾級(SIL)是評價噪聲對語言通訊干擾程度的評價參量六、噪聲對作業能力和工效的影響

噪聲直接或間接地影響工作效率噪聲干擾對人的腦力勞動的影響一些噪聲對績效影響的可靠結論(1)除了涉及短時記憶的任務外,對績效產生明顯影響的噪聲水平都很高,通常高于95dBA;(2)簡單重復操作的績效通常不受噪聲影響,甚至噪聲會對其績效有所改善;(3)如果一個人需要在特定時間作出反應、接收到清楚的警示信號,以及需要對簡單的可視刺激作出反應,那么連續的響噪聲幾乎沒有影響;一些噪聲對績效影響的可靠結論(4)噪聲對感覺功能(例如視敏度、對照判別、暗視、適應性調節以及眼動速度)幾乎沒有影響(Smith,1989);(5)運動績效幾乎不受噪聲影響,除非影響到了平衡;(6)如果被試得到足夠警示信號提示何時反應,簡單反應時間不受噪聲影響;7.4.3噪聲測量及評價標準

一、噪聲的測量

（一）室內噪聲的測量左為聲級計。測量室內噪聲時，將聲級計傳聲器放在操作人員耳朵處或放在工作面附近，選擇若干個測點，進行測量。若噪聲有明顯變化或出現間隙，則還應測量等效連續聲級。圖6-3數字式聲級計

（1）外形尺寸小于30cm的小型設備，測點距其表面30cm左右。（2）外形尺寸在30~100cm的中型設備，測點距其表面50cm左右。（3）外形尺寸大于100cm的較大型設備，測點距其表面100cm左右。（4）大型或特大型設備，測點距其表面100~500cm左右。（二）機器設備噪聲的測量測量行駛中的車輛的噪聲，應在平坦開闊的區間中進行工作。測量行駛時車內的噪聲，要求車窗緊閉，測點選擇在車內中央且離地1.2m處、在司機、乘客的頭部附近，分別記錄加速、滿載、慣性行駛及制動時的情況。測量行駛時車外的噪聲，測點取距離車體中心線7.5米、距地面或軌道上方1.2m高處。（三）交通車輛噪聲的測量二、噪聲評價標準

以等效連續聲級為指標以等效連續聲級、統計聲級為指標以語言干擾聲級為指標(一)國外噪聲標準聽力保護的噪聲標準（A聲級）環境噪聲標準(二)中國噪聲標準

二、噪聲評價標準表6-5聽力保護的噪聲標準（A聲級）每個工作日允許工作時間hISO（1971年）允許噪聲級/dB(A)美國政府（1969年）美國工業衛生醫師協會（1977年）84211/21/490939799102115最高限90951001051101158590951001051101.國外聽力保護的噪聲標準（A聲級）1971年ISO提出的ISORl996環境噪聲標準是：住宅區室外噪聲標準為35～45dB(A)。不同時間應按表6-6修正，不同地區按表6-7修正，室內按表6-8修正。非住宅區的室內噪聲標準見表6-9。時

間修正值/dB(A)白天晚上深夜0-5－10～－15表6-6不同時間環境噪聲標準修正表2.國外環境噪聲標準表6-7不同地區環境噪聲標準修正表地

區修正值/dB(A)鄉村住宅、醫院療養區郊區住宅、小馬路市區工商業和交通混合區城市中心工業地區0＋5＋10＋15＋20＋252.國外環境噪聲標準表6-8室內噪聲標準修正表窗戶條件修正值/dB(A)開窗單層窗雙層窗-10-15-202.國外環境噪聲標準

表6-9非住宅區室內噪聲標準場所修正值/dB(A)辦公室、商店、小餐廳、會議室大餐廳、帶打字機的辦公室、體育館大的打字機室車間(根據不同用途)35455545～752.國外環境噪聲標準（二）中國噪聲標準我國先后公布了多個重要的噪聲標準。2002年經國家衛生部正式《工業企業設計衛生標準》GBZ1-2002中規定：具有生產性噪聲的車間應盡量遠離其他非噪聲作業車間、行政區和生活區；噪聲較大的設備應盡量將噪聲源與操作人員隔開；工藝允許遠距離控制的，可設置隔聲操作(控制)室。工作場所操作人員每天連續接觸噪聲8小時，噪聲聲級衛生限值為85dB(A)。表6-10工作地點噪聲聲級的衛生標準日接觸噪聲時間h衛生限值dB(A)

885488

291

194

1/2

97

1/4

1001/8103

最高不得超過115[dB(A)]

表6-11非噪聲工作地點噪聲聲級的衛生限值地點名稱衛生限值dB(A)工效限值/dB(A)噪聲車間辦公室75不得超過55非噪聲車間辦公室60會議室60計算機室、精密加工室70表6-13城市5類環境噪聲標準值*地

區聲級dB(A)白天（7～21時）聲級dB(A)夜間特別需要安靜地區一般居民、文教區居民、商業、工業混雜區工業區城市中的道路交通干線兩側區域、穿越城區的內河航道兩側區域等50556065

7040455055

55*摘自中華人民共和國城市區域環境噪聲標準GB3096－93

7.4.4噪聲控制聲源控制控制噪聲的傳播操作者的聽力保護聲源控制

降低機械噪聲選擇發聲小的材料改變機械傳動方式改進設備機械結構降低空氣動力性噪聲控制噪聲的傳播

對工廠各區域合理布局調整聲源的指向充分利用天然地形采用吸聲、隔聲、消聲等措施采用隔振與減振措施我就是吸聲棉聽力保護。大體來說,內置式比外覆式的保護功能更強,最好的內置式是膨脹泡沫耳塞。它的泡沫顆粒小,可任意使用的泡沫塊可用手指捻實,搓成細條,塞進耳道。幾秒鐘后泡沫開始膨脹,充滿耳道,對噪聲形成有效屏障。聽力保護7.4.5振動環境人體振動特性人體對振動頻率的反應振動對人體的影響振動對工效的影響振動的評價振動的測量振動的控制與防護一、人體振動特性

人體是一個復雜的振動系統，其動力學效應主要由頻率響應和幅度響應構成。人體頻率響應特性分為低頻反應部分和高頻反應部分，其分界點大致是50Hz。二、人體對振動頻率的反應

人體對低頻反應的主要現象是身體共振。振動能量在人體內的傳遞率逐漸衰減，其生物效應也相應減弱。三、振動對人體的影響

全身振動對人體的影響局部振動對人體的影響振動的心理效應全身振動多為低頻大幅度的振動。全身振動能引起前庭器官、內分泌系統、循環系統、消化系統和植物神經系統等一系列變化，并使人產生疲勞、勞動機能衰退等主觀感覺。由于人體不同部位和系統有各自的固有頻率，所以當人體承受的振動頻率接近或等于某一部位的固有頻率時，就會產生共振，共振使得生理效應增大。如果是重要的器官發生了共振，則人體的反應最強烈。1.全身振動對人體的影響

局部振動病是長期使用振動工具引起的。局部振動能引起神經系統、循環系統、骨關節肌肉運動系統的障礙及其他系統不同程度的機能改變。振動的早期影響以神經系統受損為主。一般情況下先出現神經末梢病變（功能受損），繼而發生中樞神經系統病變（大腦皮層功能簡下降，反應時間延長，血壓不穩）。振動對骨骼肌肉系統的影響表現為肌無力，肌肉疼痛和萎縮。振動對胃腸功能、婦女月經、生理及生殖功能也可能發生影響。2．局部振動對人體的影響振動引起的心理效應主要是感覺不舒適和煩惱，甚至疼痛，進而影響工效。不同的振動參數下人體受振時的主觀感覺不同。坐姿的人，對1～2Hz的輕度振動感覺輕松和舒適；對4～8Hz的中度振動，感覺十分不適。3.振動的心理效應四、振動對工效的影響

對人體視覺的影響對操作反應的影響振動對視覺績效的影響主要有兩種情形：①視覺對象處在振動環境中；②觀察者處于振動環境中。

（1）對視覺辨認績效的影響人受橫向水平振動時的選擇反應時間圖振動引起操縱界面的運動可使手控工效降低，這是由于手、腳和人－機界面的振動，使人們的動作不協調、操縱誤差大大增加。（2）對操作動作的影響垂直振動時人的手眼協調的平均動作時間圖（一）振動評價標準1．國際標準化組織提出的“人承受全身振動的評價指南”[IS02631-1989（E）]該標準根據加速度有效值（0.1～20m/s2）、振動頻率（1/3倍頻程的中心頻率，1～80Hz）、振動方向（Z軸向，X、Y軸向）、接觸振動持續時間（1分鐘到24小時）這四個振動參數制定了全身振動評價的界限曲線，并依據參數之間的關系來評價全身振動對人體的影響。五、振動的評價振動評價標準圖6-6全身振動允許界限

(1)疲勞一工作效率降低界限。疲勞—工作效率降低界限是從振動引起人體疲勞，從而影響其工作效率的角度而確立的。超過這個界限，人會產生疲勞，降低工效。圖6-6所示的界限正是疲勞一工作效率降低界限。該界限主要用于勞動環境振動評價。(2)舒適性降低界限。舒適性降低界限以不影響人的日常活動或工作中的基本動作(如飲食、閱讀或書寫等)為基礎，此界限與保持在振動環境下人體的舒適感有關。它比疲勞一工作效率降低界限的振動級低10dB，超過這個界限，人可能不舒適。該界限較多用于交通工具振動評價。振動評價標準

(3)受振極限(或健康界限)。受振極限是區分振動強度對人體健康與安全是否有損害的界限。它比疲勞—工作效率降低界限的振動級高6dB，超過這個界限，會影響人體健康與安全。振動評價標準GBZl--2002《工業企業設計衛生標準》中對工作場所的振動強度規定如下：局部振動作業，其接振強度4小時等能量頻率計權振動加速度不得超過5m/s2，接振時間少于4小時可按表6-17適當放寬。

2．我國振動控制標準表6-17局部振動強度衛生限值日接振時間h衛生限值(m/s2)2～461～28≤1122．我國振動控制標準表6-18全身振動強度衛生限值工作日接觸時間h衛生限值dB(A)(m/s2)81160.624120.81.12.51231.41.0127.62.40.5131.13.6六、振動的測量

振動測量是測量振動強度、頻率及不同頻率下的加速度把聲級計上的電容傳聲器換成振動傳感器，就可以用于振動測量1、減少和消除振源。這是減少振動最根本的措施。通常采取以下方法：1）

隔離振源。2）改進生產工藝。如用液壓、焊接代替鉚接可消除或減少振動。3)增加設備的阻尼。如采用吸振材料、安裝阻尼器或阻尼環、附加彈性阻尼材料等，以減輕設備的振動。對于可能引起機械振動的陳舊設