工业噪声的危害及控制ppt课件.ppt
2022/12/24,1,工业卫生电子教案,主讲人：裴晓东2008年3月12日,电话：13776773183Email：,2022/12/24,2,主要参考书,采矿工业卫生学，王秉权编，中国矿业大学出版社，1991年8月；工业卫生与职业病学，王世俊主编，化学工业出版社，1990年；煤矿安全手册第12篇：矿山救护；第13篇：工业卫生及劳动保护，赵全福等主编，煤炭工业出版社，1991年；工业防毒技术，袁昌明等编著，冶金工业出版社，2006年6月第1版；工业卫生讲义，左树勋编，2002年8月；,2022/12/24,3,4.1 前言4.2 声波的基本性质4.3 噪声的量度、测定方法及分级标准4.4 噪声的危害及与安全生产的关系4.5 控制噪声的基本方法,第4讲 工业噪声的危害及控制,2022/12/24,4,4.1 前言,4.1.1 噪声的定义,物理学定义：各种频率和声强的声音杂乱无章的组合；即噪声是由各种不同频率和不同强度的声音无规则组合而成的；（噪声音乐）生理和心理学定义：凡是人们不需要的、使人受到干扰的声音都叫噪声；,4.1.2 噪声的分类及特点,工业噪声劳动保护（工业卫生）的研究重点；交通噪声；生活噪声；,2022/12/24,5,噪声的特点：局部性扩散距离有限；分散性几乎存在于人类所有的生活空间；暂时性不积累，不持久；在噪声控制中，应充分利用这些特点；,4.1.3 噪声的危害,在全世界范围内，噪声已经成为危害人类健康的重要因素，早在上世纪60年代，就被列为全球三大公害之一；即空气污染、水污染和噪声污染；,4.1 前言（续）,2022/12/24,6,噪声对人体的危害很大，长时间处在强烈的噪声环境中，会引起听觉能力的下降，直至引起噪声性耳聋；特强的噪声还会引起人耳的外伤，甚至耳膜被击穿而出血；噪声还能损害人的整个机体，使人的血压升高，呼吸和脉搏加快，胃液含酸量减少，消化能力减弱等；胃溃疡的发病率，在高噪声条件下比在安静条件下高5倍；噪声易使人发生注意力分散、失眠、头疼、神经紧张等神经系统症状；噪声的掩蔽效应使作业人员听不到信号或事故的前兆声响，导致事故危险性增加，劳动生产率也降低；例如，机械振动、摩擦、撞击以及气流扰动而产生的噪声；,2022/12/24,7,4.1 前言（续）,4.1.4 研究与控制噪声的意义,随着工业机械化程度的日益提高，机器的功率越来越大，机器的转速越来越高，噪声危害日益严重；特别是在一些重型机械行业、钢铁企业和广泛采用压气动力设备的机械化矿井中，噪声控制就显得更为重要；控制噪声保护劳动者身心健康提高劳动生产率、减少事故发生保障生产安全,2022/12/24,8,4.2 声波的基本性质,4.2.1 声波的产生与类型,声波的传播必须有两个条件：一是要有振动的物体；这个做机械振动的物体称为声源；二是要有能够传播声波的媒质；这个声波存在并传播的弹性媒质空间称为声场；声波的类型：1、按介质质点振动方向与声波传播方向的关系分为：纵波二者一致（声波在空气中）横波二者垂直（声波沿液体和固体表面传播时）在噪声控制中，主要研究纵波；,2022/12/24,9,声波的类型：2、按发生时间分：连续波机械的连续振动；脉冲波放炮、打桩等；3、按声波的空间位置（波阵面形状）分：平面波波阵面是平面，由平面声源产生；球面波波阵面是球面，由点声源产生；柱面波波阵面是柱面，由线声源产生；图31、几种声波的波阵面及声线,2022/12/24,10,4.2 声波的基本性质（续）,4.2.2 声波的物理参数,人耳的听力范围是2020000Hz；,1、声波的波长、频率和声速,2、声波的声压（P）,物体的振动引起空气中质点的疏密变化，这种变化将引起空气静压（静压强）的起伏变化，我们称这个变化量为声压；声压的单位就是压强的单位，在国际单位制中，声压的基本单位是帕，辅助单位是微巴，bar；在描述声波的所有物理量中，声压P是最容易测量得到的，且通过P和频率可求出其他所有物理参量；因此在声波（噪声）研究中，声压P是最关键的一个量；,2022/12/24,11,声波是正弦波，其声压也有瞬时值、最大值、有效值等概念，其关系与电工学中描述电压的公式一样，即：,其中Pm是声压幅值，Pe是有效声压；对人耳起作用的是有效声压Pe；与电压相似，如不特别强调，我们所提及的声压值或仪表测得的声压值均是指有效声压；,2022/12/24,12,声压对人耳的作用：声压的大小直接反映声波的强弱；声压愈大，人耳听起来愈响，反之则愈小；人耳能听到的最低声压界限叫闻阈；正常人的闻阈声压约为2105Pa；能使人耳产生疼痛感觉的声压界限叫痛阈；正常人的痛阈声压为20Pa；如果声压再提高，会导致人耳鼓膜破裂出血，造成耳聋；下面是几个声压实例：正常说话声 0.010.1 Pa交响乐 0.3 Pa喷气发动机（距喷口5m） 约100 Pa，会导致爆震性耳聋；,2022/12/24,13,从闻阈声压到痛阈声压的绝对值之比是0.00002:201:106 这说明人耳的听觉范围是非常广的，声学工程中，由于声压值变化范围太大，所以直接用声压来衡量声音的大小不很方便，声学工程中多采用声压级作为计量单位，其定义为：,其中LP声压级，dB； P实际声压，Pa； P0基准声压，P02105Pa；,2022/12/24,14,3、声波的声能密度、声强和声功率,声场是一种能量场，其大小可用声能密度表示；声波的能量称为声能量，声波的全能量为其动能与位能之和，单位为J；单位体积声场内的声能量称为声能密度，记作，其单位为J/m3；,也是按振动周期变化的量；式312是一个普适公式，它代表单位体积内声能密度的瞬时值；平均声能密度：,2022/12/24,15,声功率和声强单位时间内通过垂直于声传播方向上的面积为S的平均声能量就称为平均声能量流或称为平均声功率；,声强又称平均声能量流密度，通过垂直于声传播方向的单位面积上的平均声能量流；,声强是有方向的量，它的指向就是声传播的方向；,2022/12/24,16,4.2 声波的基本性质（续）,4.2.3 声波的反射、折射与绕射,当声波从一种媒质传播到另外一种媒质时，在两种媒质的分界面上，声波的传播方向要发生变化，产生反射和折射现象；,原因：两种媒质的声阻抗不同所致；,与光不同的是，声波在传播过程中还有绕射现象，且频率越低，绕射能力越强；有实用意义，如隔声墙的设计；,2022/12/24,17,4.2 声波的基本性质（续）,4.2.4 声波的干涉与声驻波,几列声波同在同一媒质中传播时，这些声波在相遇以后仍能保持其特性，沿原来方向继续传播；例如当几种乐器合奏时，仍能区分出各个乐器的声音；但在几列声波相遇处，质点的振动就等于各列声波在该处振动的叠加，这就是声波的叠加原理；,1、声波的干涉,若在同一媒质中同时传播几列声波，当这几列声波的频率相同，且有固定的相位差，则它们在叠加时就会产生波的干涉现象：使声场中某些点处的振动加强，某些点处的振动减弱；,2022/12/24,18,2、声驻波,声驻波是干涉现象的特例；若在同一媒质中两列平面声波的声压幅值相同、频率相等，而传播的方向相反，则由叠加原理合成的声波称为驻波；,3、不相干波,若在同一媒质中两列声波的频率和相位没有固定的关系而带有随机性，这种波称为不相干波；噪声一般是不相干波；,2022/12/24,19,4.2 声波的基本性质（续）,4.2.5 声波辐射的指向性,声源在不同的方向上具有不同的声辐射本领，我们把声源的这种性质称为声源的指向特性；把任一方向上的声强和等距离的平均声强之比值定义为指向性因数，以Q表示；（描述了声波的指向特性）,有时还用dB来表示指向性因数，以G表示，称指向性指数；显然，无指向性时Q1，G0；噪声大多属于无指向性声源；但排气（风）口的空气动力性噪声具有指向性；,2022/12/24,20,4.3 噪声的量度、测定方法及分级标准,4.3.1 噪声的量度,声音性质的三要素:响度：声强的大小；音调：频率高低； 音色：波形特点；谐波成分及其相对强度，是区别声音的重要指标；但不是噪声研究的重点；对噪声的度量可以采用物理量如声压和声压级、声强和声强级、声功率和声功率级以及频谱来量度；也可以用人的听觉如响度和响度级、各种计权网络声级和感觉噪声级来量度；,2022/12/24,21,1、级的定义和分贝的计算,声压级可以用分贝（dB）来表示，这使我们可以在小数字范围内对声压进行评价和计算；（式35）分贝(dB)原是电气工程师在电讯领域开始应用的；声学中，我们用所研究的数量与一个任选参考量取以10为底的对数量级，作为表示声音大小的常用单位；声压、声强、声功率都可以分别用声压级、声强级和声功率级来表示其大小；级是一个作相对比较的无量纲量；其数学表达式为：,式中L级，dB；W所研究的功率，W；W0基准功率，W；,4.3.1 噪声的量度（续）,2022/12/24,22,根据级的定义，声压级的数学表达式应为：,其中LP声压级，dB；P声压有效值，Pa；P0基准声压，P02105Pa；关于10和20的系数在电工领域也存在，如功率增益为10,电压和电流的增益为20；,同理，可得声强级与声功率级分别为：,式中I0基准声强，I01012W/m2； W0基准功率，W01012W；,2022/12/24,23,分贝的加法前面关于级的运算都是针对一个声源的，在实际工作中，声场中的同一地点往往要受多个噪声源的影响，需要解决声强级或声压级的叠加问题；如声场中有几个声源，其声功率分别为W1、W2、Wn,在某处测得其声压和声强分别为P1、I1，如不考虑级的运算，则总声功率、声压、声强有简单关系：WW1 II1 P2P12 即使纯物理量，也非直接相加关系；如测得的值都用级（分贝）表示，其总的级是什么关系呢？,2022/12/24,24,为方便理解，设仅有两个声源，单独发声时，在声场中某处测得的声压级分别为LP1和LP2,求同时发声时的总声压级；,由此可导出计算若干个声源的总声压级公式：,2022/12/24,25,分贝的减法把某一噪声作为被测对象，与被测对象噪声无关的干扰噪声的总和，称为相对于被测对象的本底噪声，它由环境噪声和其它干扰噪声组成；本底噪声可以被测定，本底噪声和被测对象噪声的总和也可以测定，所以必须从总噪声级中减去本底噪声才能得到被测对象的噪声；分贝相减的过程类似于分贝相加已知总声级方程和外界或背景声压级方程为：,2022/12/24,26,由此便可计算得出被测声源的声压级为：,其中LP总声压级，dB； LPS待测声源的声压级，dB； LPB外界或背景声压级，dB；,2022/12/24,27,2、噪声频谱,频谱噪声频率与强度（通常用声压级）之间的关系称频谱；表示这种关系的图形称频谱图；用频谱图或频谱仪对噪声进行分析称为频谱分析；通过噪声的频谱分析，就能了解噪声的频率特性，为控制噪声和设计噪声结构提供依据；为研究方便起见，通常需要将宽广的声频变化范围（2020000HZ）划分为若干较小的区段加以研究，每一区段称为频程（或频带）；频程有上限频率值、下限频率值和中心频率值，上下频率之差称为频带宽度，简称带宽；,4.3.1 噪声的量度（续）,2022/12/24,28,实践表明，两个不同频率的声音的听觉差异，取决于两个声音频率的比值，而不是它们的差值；如钢琴相邻两键的频率比为21/12，约1.06倍,频率范围27.54186HZ；若将2020000Hz的频率范围，按频率倍比的关系划分，每个频带的上限频率和下限频率相差一倍，即相邻频率之比为2:1，这种频程称为倍频程；用倍频程划分频段，可将声频范围划成10个频段，并已全球标准化，其中心频率分别为31.5、63、125、250、500、1000、2000、4000、8000、16000Hz；为了得到比倍频程更为详细的频谱，也常使用倍频程，倍频程就是把每一个倍频程的频带再按比例等比关系分为3段，使频带宽度更窄；,2022/12/24,29,也就是在一倍频程的频率之间再插入两个频率，则这四个频率成以下比例：1：21/：2/：2；有了以上的概念，就可用频谱分析仪对噪声进行频谱分析，从而绘出其频谱图，为有针对性的治理提供依据；（实验内容）,2022/12/24,30,、等响曲线、响度级、响度,噪声测量中，往往通过声学仪器反映噪声的性质，我们经常用声压、声压级或频带声压级作为噪声测量的物理参数；声压级越高，噪声强度越强；声学仪器对高于20kHz的超声波可作出记录，对低于20Hz的次声波也可作出记录，但是这两种声音人耳却完全听不到，这说明涉及到人耳听觉时，只用上述物理参数就不能说明问题，声压、声压级只表征了噪声的强弱，而不能正确反应人耳的响应；为了用人耳来正确评价噪声，必须了解噪声引起的一些主观响应及其量度；下面讨论的等响曲线、响度级、响度及各种计权声级都是与人的耳朵的听觉相关联的声学量；,4.3.1 噪声的量度（续）,2022/12/24,31,等响曲线听起来一样响的不同频率和声压级的声音在频谱坐标中连成的线叫等响曲线；注意这里的等响仅是主观感觉上的等响而不是物理量的相等；声音对人耳产生的影响与人对它的印象取决于它的频率和声压级；在同一频率下，声压级愈高，听起来愈响；频率不同，声压级相同的两个声音听起来也不一样响；根据人耳的这一特性并通过实验得出了所谓的“等响曲线图”；如图3-4所示；图中每条曲线都是经过大量实验得来的（ISO.1961）；,2022/12/24,32,例如，声压级为95dB、45Hz的纯音，声压级为75db、400Hz的纯音，声压级为70dB、3800Hz的纯音，它们与声压级为80db、频率为1000Hz的纯音听起来一样响，故都在同一条曲线上； 等响曲线实际上反映了人类听觉器官的一些重要特点，可归纳为：（1）在声压级较低时，低频变化引起的听觉变化比中、高频大；中、高频显得比低频更响些；,2022/12/24,33,（2）在声压级较高时（大于90分贝以后），曲线较平缓，反映了声压级相同的各频率声音差不多一样响，即与频率的关系不大；（3）人耳对4000Hz声音最敏感，也最容易受损伤，噪声性耳聋就是从这个范围开始的；所以在噪声治理中需要着重研究和消除中、高频率噪声；响度级为了使用上的方便，人们利用声压级的概念，引出了一个与频率有关的量响度级；其单位为方（phon）；定义为：选取频率为1000Hz的纯音作为基准声音，若某一噪声听起来与该纯音一样响，则该噪声的响度级就等于这个纯音的声压级（分贝值）；例如，某一噪声听起来与声压级85dB、频率为1000Hz的基准声音一样响，则该噪声的响度级就是85方；而不管其频率和实际声压级是多少；,2022/12/24,34,响度响度级是描述响度的主观值，它把声压级和频率用一个概念统一起来了，但响度级仍是一个与声压级有关的量，不便于直接比较和计算；为此，再引入一个新的概念响度；响度的单位为宋（sone）；并规定：40方为1宋，50方为2宋，60方为4宋，它们之间的关系，也可用公式表述：,其中S响度，宋； LL响度级，方；,2022/12/24,35,经验表明，响度级变化10方，人的主观听觉可以感到声音的响度大约变化2倍（即加倍或减半）；响度比响度级更接近于人耳的听觉特性，因而在实际工作中得到了广泛应用；响度级不能直接加减，而两个不同响度的声音可以叠加，这在声学计算上是很方便的；同时用响度表示噪声的大小也比较直观，可直接算出声音增加或减少的百分比；例如，噪声经消声处理后，响度级从120方（响度为256宋）降低到90方（32宋），则总响度降低87.5%；,2022/12/24,36,4、A声级（计权声级）,用响度级来评价噪声的大小反映了人耳的听觉特性，但我们不能对每一个噪声，去调节一个1000Hz的纯音来进行比较，以便知道这个噪声是多少方，所以必须设法进行直接测量；为了能直接测量，人们就设法用电路来模拟人耳的听觉特性，即设置各种计权网络，于是就出现了计权声级；目前世界各国基本上都采用A声级来评价噪声；噪声测量仪器声级计；若想使每条等响曲线的频率响应（修正量）完全符合，在声级计上至少需设13套修正电路，这是很困难的；国际电工委员会标准规定，在一般情况下，声级计上只设三套修正电路，即A、B、C三种计权网络，分别效仿倍频程等响曲线中的40方、70方和100方三条曲线进行设计；,4.3.1 噪声的量度（续）,2022/12/24,37,常用的是A计权和C计权，B计权已逐渐淘汰，D计权主要用于测量航空噪声，E计权是新近出现的，SL计权是用于衡量语言干扰的；其中A计权网络较好地模仿了人耳对低频段（500Hz以下）不敏感，而对10005000Hz敏感的特点；用A计权声级来测量噪声的大小，叫做A声级，记作分贝（A），或dB（A）；目前在噪声测量中得到最广泛的应用，并在全世界范围内被用来作为评价噪声的标准；,2022/12/24,38,5、等效连续声级,用各种计权声级测量噪声，只能测稳态噪声或非稳态噪声的瞬时值；但在实际工作中更多的是非稳态噪声，包括间断的、脉冲的或周期性变化的等；工业卫生中，最常用的是要评价某车间一个工作日内的平均噪声级；对非稳态噪声，就需要引入等效连续声级的概念；所谓等效连续声级，是用某种计算方法来评价一个时间段内的非稳态噪声的的平均值；,4.3.1 噪声的量度（续）,2022/12/24,39,等效联系声级的计算方法（暴露时间法）将测得的A声级从小到大排序并按每5dB分成一段，用中心声级表示；中心声级表示的各段为：80、85、90、95、100、105、110、115dB；80dB表示7882dB的声级别范围，其余类推；将各段的声级的总暴露时间统计出来，如表3-2；,2022/12/24,40,其中Leq等效连续声级，dB（A）； Tn表示第n段声级LPn在一个工作日的总暴露时间，min；,2022/12/24,41,4.3 噪声的量度、测定方法及分级标准（续）,4.3.2 声波的衰减,；,
