第六章噪声及振动环境ppt课件.ppt

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1、人因工程学,第六章 噪声环境,人因工程学,第六章 噪声环境,人因工程学,一、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。是表示声音强弱的物理量，用P表示，单位是帕（Pa）。普通人们谈话声的声压约为210-2 Pa710-2 Pa 载重汽车行驶产生的声压约为0.2 Pa 1Pa（1）听阈声压:刚能听到的声音的声压值。（2）痛阈声压:感到疼痛的声音的声压值。,第一节 声音的度量,人因工程学,第一节 声音的度量,2、声 压 级 为什么引入声压级？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 表示，单位是分（dB）。,P0

2、为基准声压（P0=210-5 Pa）,人因工程学,表6-1 各种环境的声压和声压级,第一节 声音的度量,人因工程学,(二)声压级合成法则1、声压合成法则 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）,第一节 声音的度量,人因工程学,第一节 声音的度量,2、声压级合成（i=1，2，n）声压级合成法则推导:由声压级的定义可知,人因工程学,故:,因此，总声压级：,第一节 声音的度量,人因工程学,第一节 声音的度量,3、求声源声压级Pi Pt为总声压级，Pi为声源声压级,Pb为背景声级 根据声压合成法则，声源声压级计算如下:,人因工程学,第一节 声音的度量

3、,（三）频谱分析 1、什么是频谱？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。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、什么是频谱分析？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。,人因工程学,3、什么是频程？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。,第一节 声音的度量,人因工程学,或 式中 为倍频程数。为上限频率，为下限频率,第一节 声音的度量

4、,人因工程学,表6-3 倍频程的频率范围,第一节 声音的度量,人因工程学,第一节 声音的度量,4、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)为纵坐标进行绘图，如图所示。,人因工程学,二、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,第一节 声音的度量,人因工程学,（一）声音的响度级与响度 1、响度级 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。,第一节 声音的度量,人因工程学,第一节 声音的度量,

5、2、等响度曲线,人因工程学,3、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.4、响度与响度级的关系式为,第一节 声音的度量,人因工程学,第一节 声音的度量,5、总 响 度,式中，Nt为总响度指数（宋）；Nm为各频带中响度指数最大者；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。,人因工程学,（二）计 权 声 级 1、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，对噪声进行测量。通过计权网络测

6、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。,第一节 声音的度量,人因工程学,2、频率计权电网络 在声学测量仪器中，通常根据等响度曲线，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波，以模拟人耳的响度感觉特性。,第一节 声音的度量,人因工程学,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

7、 乎平直的特性。使所有频率的声音近乎平直通过。,第一节 声音的度量,人因工程学,3、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d（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。后来研究表明，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。,第一节 声音的度量,人因工程学,表6-4 几种常见声源的A 声级,第一节 声音的度量,人因工程学,（三）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

8、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）。,第一节 声音的度量,人因工程学,（四）统计声级 统计声级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,第一节 声音的度量,人因工程学,第二节 噪声及其对人的影响,一、噪声及其来源 二、噪声对听力的影响三、噪声对其他生理机能的影响四、噪声对心理的影响五、噪声对语言交流的影响六、噪声对作业能力和工效的影响,人因工程学,一、噪声及其来源 噪声:通常是指一切对人们生活和工作有妨碍的声音，或者说凡是使人烦恼的、讨厌的、不愉快的、不需要的声音都是噪声。噪声来

9、源:工业噪声：主要包括空气动力噪声、机械噪声和电磁噪声 交通噪声：主要指的是机动车辆、火车、飞机和船舶噪声。建筑施工噪声：建筑施工噪声声音强度很高又属于露天作业，污染严重 社会噪声：社会噪声主要指社会活动和家庭生活所引起的噪声,第二节 噪声及其对人的影响,人因工程学,二、噪声对听力的影响 持续性的强烈噪声会使人的听力受到损害 噪声性耳聋:对200Hz、1000Hz和2000Hz三个频率的平均听力损失超过25dB，称为噪声性耳聋。噪声性耳聋:与噪声的强度、噪声的频率及 接触的时间有关.,第二节 噪声及其对人的影响,人因工程学,三、噪声对其他生理机能的影响,第二节 噪声及其对人的影响,对神经系统的

10、影响 头痛、耳鸣、多梦、失眠、心慌、记忆力衰退等症状,对内分泌和心血管系统的影响:内分泌失调,心血管病,对消化系统的影响:消化不良、食欲不振、胃功能紊乱等症状。,人因工程学,四、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。,第二节 噪声及其对人的影响,人因工程学,五、噪声对语言交流的影响 声音的掩蔽效应 语言干扰级(SIL),第二节 噪声及其对人的影响,国际标准化组织(1SO):把500Hz，1000Hz，2000Hz，4000Hz为中心频率的4个声压级的算术平均值定义为语言干扰级，单位是dB。,语言干扰级(SIL)

11、:是评价噪声对语言通讯 干扰程度的评价参量。,人因工程学,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有消极影响,注意力不集中,工作效率下降.,第二节 噪声及其对人的影响,人因工程学,第三节 噪声测量及评价标准,一、噪声的测量（一）室内噪声的测量 图6-3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,人因工程学,（二）机器设备噪声的测量(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30100

12、cm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100-500cm左右。,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,（三）交通车辆噪声的测量 1.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。2.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。,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,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

13、指标,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,(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)中国噪声标准,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,表6-5 听力保护的噪声标准（A声级）,(一)国外噪声标准1.国外听力保护的噪声标准（A声级）,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,2.国外环境噪声标准 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,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,

14、表6-7 不同地区环境噪声标准修正表,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,表6-8 室内噪声标准修正表,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,表6-9 非住宅区室内噪声标准,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,（二）中国噪声标准 我国曾先后公布了多个重要的噪声标准，如工业企业噪声卫生标准、城市环境噪声标准和机动车辆噪声标准等。2002年国家卫生部正式颁布工业企业设计卫生标准GBZ 1-2002中规定：1)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；2)噪声较大的设备应尽量将噪声源与操作人员隔开；3)工艺允许远距离控制的，可设置隔声操作(控制)室。4)工作场所操作人员

15、每天连续接触噪声8小时，噪声声级卫生限值为85dB(A),第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,表6-10 工作地点噪声声级的卫生标准,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,表6-11 非噪声工作地点噪声声级的卫生限值,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,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,第三节 噪声测量及评价标准,人因工程学,第四节 噪声控制,一、声源控制 二、控制噪声传播 三、操作者的听力保护,人因工程学,一、声源控制 设备生产企业在产品设计时考虑的方法：（一）降低机械噪声 机械性噪声源一般是由高速旋转的零件运转不平稳、

16、往复运动时机械的冲击、轴承精度不够和安装误差造成的。主要措施如下：1.选择发声小的材料 用内耗大的高阻尼合金或高分子材料就可起到降低噪声的效果。2.改变机械传动方式 皮带传动比齿轮传动的噪声低，可降低噪声3-10dB（A）。选用合适的传动比减小齿轮的线速度，可取得较好的降低噪声效果。,第四节 噪声控制,人因工程学,第四节 噪声控制,3.改进设备机械结构 提高箱体或机壳的刚度，如加筋、采用阻尼减振措施来减弱机器表面的振动，可以降低机械辐射噪声。（二）降低空气动力性噪声 空气动力性噪声主要由气体涡流、压力急骤变化和高速流动造成的。降低空气动力性噪声的主要措施是：1.降低气流速度；2.减少压力脉冲；

17、3.减少涡流。,人因工程学,二、控制噪声的传播 1.对工厂各区域合理布局 将高噪声源的车间安排在远离需要安静的办公区 2.调整声源的指向 将声源出口指向天空或野外 3.充分利用天然地形 在噪声严重的工厂、施工现场或交通道路的两旁设置有足够高的围墙或屏障，可以减弱声音的传播。,第四节 噪声控制,人因工程学,第四节 噪声控制,4.采用吸声、隔声、消声等措施 1）吸声 是指在车间天花板和墙壁表面装饰吸声材料、制成吸声结构，或在空间悬挂吸声体、设置吸声屏，将部分声能吸收掉，使反射声能减弱。经吸声处理的房间，可降噪声715 dB（A）。2）隔声 是通过把噪声源隔绝起来以控制噪声。隔绝声音源的办法一般是将

18、噪声大的设备全部密封起来，做成隔间或隔声罩。3）消声 是利用装置在气流通道上的消声器来降低空气动力性噪声，以解决各种风机、空压机、内燃机等进、排气噪声的干扰。,人因工程学,第四节 噪声控制,5.采用隔振与减振措施 对金属结构的传声，可采用高阻尼合金，或在金属表面涂阻尼材料减振；隔振是用隔振材料制成隔振器，安装在产生振动的机器基础上吸收振动，从而降低噪声，常用的材料有弹簧、橡胶、软木和毡类。,人因工程学,第四节 噪声控制,三、操作者的听力保护,使用个人防声用具，对操作者的听力进行个人防护。常见的有防声耳塞、耳罩，防噪声帽等，可以降低噪声2030 dB（A）。,人因工程学,案例:高架道路交通噪音和

19、防噪屏设置,交通噪声一直是城市坏境噪声的主要来源。在噪声传播途径中把声音隔绝起来是噪声控制最有效的方法之 一，防噪屏是最常见的措施。,人因工程学,案例:高架道路交通噪音和防噪屏设置,高架道路上的防噪屏设计,人因工程学,隔声屏障的作用和应用 隔声屏障能使声能衰减，是利用声波的反射和衍射原理，在板后形成声影区，在声影区中噪声可以得到衰减。在上海、深圳及北京等大城市的高架道路两旁先后建起了不同形式和结构的道路隔声屏。,案例:高架道路交通噪音和防噪屏设置,人因工程学,案例：冷却塔的噪声控制,社会背景：人们长时间处于噪声刺激中，可导致听觉、神经系统、心肺功能等不同程度地受到损害。近年来，随着建筑业的快速

20、发展，各种建筑设备的噪声扰民问题逐渐凸显，特别是冷却塔因其安装位置 一般距离居民区较近而成为投诉最多的噪声源之一。遗憾的是，目前冷却塔的降噪措施并非行之有效，如声屏障对于低频波的绕射无能为力，隔声罩会阻碍气流流动导致热湿交换不良，对宽频噪声吸声效果差等，这使得冷却塔的噪声控制日益受到人们的重视。,人因工程学,一、原始数据测量 该工程位于沈阳某高档住宅小区，采用集中供冷方式，2 台方形逆流式冷却塔安装在21#楼(居民楼)前的空地上(如图1 所示)，每台风量为4600 m3/min，冷却水泵的扬程为6.4 m，电动机功率为22 kW，住户的平均A 声级噪声为64.2 dB，超过了环境噪声标准的规定

21、，居民强烈要求治理冷却塔的噪声污染。,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,A声级噪声测量 采用丹麦某公司2238 mediator 噪声频谱分析仪和TES21350A声级计对冷却塔风机导流管口、周围环境及其住宅小区本底噪声进行测量。,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,二、噪声特性分析 1)距离轴流风机管口(风机出口处)1m处的A声级噪声值达到91 dB,这是由于空气在冷却塔顶导流管内产生湍流和摩擦，激 发的压力扰动产生噪声，同时桨叶与空气作用产生振动向外 辐射噪声。因此初步判定风机的空气动力噪声是主要声源。2)风机的机械噪声主要是由于风机旋转部件的不平衡导致结构 发生振动从而引起塔体表面辐射

22、噪声。由于风机支架与塔体 之间安装了减振器，机械噪声不是主要因素。3)冷却塔的循环水经填料层自由下落到落水槽所产生冲击噪声 的强度与落水速度的平方成正比。冷却塔噪声能量主要是通 过轴流风机的进出风口向外传播的，应在此处作重点降噪处理。,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,三、降噪方案 1)在轴流风机出风口设置阻性消声器，有效阻止噪声能量的传播;2)为保证冷却塔的散热，不能对其进行封闭式隔声处理，为此设置组 合式声屏障来阻止下部噪声能量的传播;3)为有效减少噪声声波的绕射，在冷却塔底部设置吸声隔声组合式声 屏障吸收低频噪声;4)在冷却塔中部设置阻尼隔声板和宽频带组合式吸声材料，提高中低 频吸声效

23、果;,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,5)落水的高频噪声用超细玻璃棉材料吸收。考虑到现场实际情况，方案中的 所有降噪设施都进行了防尘、防潮处理，同时不影响冷却塔的通风和散热 功能，如图2所示。,图2 降噪方案效果图,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,组合式声屏障设计 为保证所有噪声敏感点都在声屏障的声影区内，从而获得最佳的降噪效果，根据现场情况和声学计算，确定声屏障有效高度为3m。声屏障采用宽频带组合吸声结构和阻尼隔声板的组合式结构。阻尼隔声板主要由3 部分组成:隔声板、阻尼涂层和约束层，其结构如图3所示。采用这种结构不仅能够有效阻断噪声能量的传播，而且能够避免罩板受噪声声波激励出现共振

24、现象。,图3 阻尼隔音板结构,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,导流消声器设计 消声器大致分为3 类:阻性消声器、抗性消声器和排空消声器。其中，阻性消声器是利用设置在管道内的吸声材料或吸声结构使沿管道传播的噪声不断地被吸收，从而达到消声的目的。由于阻性消声器的阻力较小，各类风机噪声多以中、高频为主，含低频成分少，而阻性消声器恰对中高频噪声具有较好的消声效果，所以选用阻性消声器。现有的阻性消声器包括直管式、复合式、片式、盘式和折板式等几种方式，其中片式消声器具有消声量大，阻力较小，导流效果和安装灵活的特点，因此选择在风机出口处安装片式消声器。同时，考虑到噪声特点，在设计时特别选用了宽频吸声材料

25、。,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,消声片半厚度D 由于冷却塔的噪声频谱带很宽，而多孔吸声材料的特性是在中、高频具有很高的吸声系数，而对低频噪声吸声系数相对较低，如果只用单一的多孔吸声材料很难达到理想的降噪效果，所以在本设计中消声片选用宽频带吸声结构贴附。根据共振频率fr(Hz)与消声片半厚度D(m)相乘为常数的关系，以密度为20 kg/m3 的超细玻璃棉为例，计算如下:fr D=40(1)fr=f2 2(2)式(1)，(2)中f2 为消声频率下限，这里取125Hz；为fr 和f2 间的倍频程数,=4/3。fr=f2 2=125 Hz 24/3=315 Hz 所以消声片半厚度为D=40 H

26、z m/315 Hz=0.13m。,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,气流通道宽度 气流通道宽度a 减少，可提高消声器消声量，缩小消声器几何尺寸，但通道内流速增加，导致气流再生噪声提高和压力损失增大，消声器动力性能变坏，因此，气流通道截面面积的设计必须以实际情况来确定，在不需要减小流速的情况下，气流通道总截面积等于与它相连接的管子截面面积。根据工程设计实践，通道半宽度a/2 与消声片半厚度D之比宜取0.52，考虑到该工程的实际情况，取两者之比为1.0。,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,消声器长度L 片式消声器消声量的计算公式为：式中L为消声器的A 声级噪声消声量，取30dB；L为消声器长

27、度，m；A()为消声系数。式中为壁面垂直入射时的吸声系数。在消声器的出口和进口，气流再生噪声也是个必须考虑的因素，它会使消声量的提高受到限制，当吸声层材料采用超细玻璃棉时，通道中气流再生噪声L A 由下式确定:,（3）,（4）,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,式中v为气流速度m/s。根据冷却塔参数，取v=5.43 m/s，则气流再生A声级噪声为54dB，满足消声要求。为了减小消声器的长度，在消声片内加入宽频带组合式吸声板增强吸声效果，这样可以缩短消声器的长度。,（5）,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,四、改善效果 根据上述方案施工后，按照图2测点重新测量后,冷却塔附近的平均A 声级噪声下降为58.1dB，插入损失为1419 dB，住宅小区白天的平均A声级噪声下降到48.9dB，达到了城市噪声标准，居民普遍满意。,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,五、结 论 冷却塔的噪声源主要是风机产生的噪声和落水的噪声，表现出明显的宽频带噪声特性，因此单一的隔声或吸声无法得到良好的降噪效果。只有在分析了噪声源和频带特性之后才能制订相应的降噪措施。消声器设计应综合考虑消声量、阻力，尽量不影响冷却塔的通风散热功能，并能够防尘防水。片式消声器的消声片具有导流效果，经实际测量，风机出口消声器的局部阻力和沿程阻力几乎可忽略不计。,案例：冷却塔的噪声控制,人因工程学,谢 谢 大 家!,