噪声及振动环境.ppt

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1、噪声及振动环境,一、声音及其度量二、噪声及其对人的影响三、噪声测量及评价标准四、噪声控制五、振动环境六、特殊工作环境七、案例：高架道路交通噪音和防噪屏设置,第一节 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。,第一节 声音及其度量,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,第一节 声音及其度量,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

2、播的速度称为声速，用c表示，单位为m/s。,第一节 声音及其度量,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、声音的物理度量,（一）声压、声压级 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 凿岩机约为20Pa，而喷气飞机附近约为200 Pa630Pa 听阈声压:刚能听到的声音的声压值。痛阈声压:感到疼痛的声音的声压值。,二、声音的物理度量,声 压 级为什么引入声

3、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，单位是分贝（dB）。,P0为基准声压（P0=210-5 Pa,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,(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）,二、声音的物理度量,2、声压级合成法则（i=1，2，n）,二、声音的物理度量,声压级合成法则推导:,由声压级的定义可知,二、声音的物理度量,故:,因此，总声压级,二、声音的物理度量,3、求背景声压级Pb，Pt为总声压级，Pi为声源声压级。根据声压合成法则有:背景

4、声压级计算如下:,（三）频谱分析,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。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。,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。,（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

5、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)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,总 响 度,式中，Nt为总响度指数（宋）；Nm为各频带中响度指数

6、最大者；为所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。,（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，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。一般设置A、B 和C 三种计权网

7、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。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，

8、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,表6-4 几种常见声源的A 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,第二节 噪声及其对人的影响,一、噪声及其来源 工业噪声 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 交通噪声主要指的是机动车辆、火车、飞机

9、和船舶噪声。,一、噪声及其来源,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，因此污染也十分严重社会噪声 社会噪声主要指社会活动和家庭生活所引起的噪声,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,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、噪声对语言交流的影响,声音的掩蔽效应 语言干扰级(SI

10、L)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,第三节 噪声测量及评价标准,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,(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的较大型设备，测点距其表面100cm左右。(4)大型或特大

11、型设备，测点距其表面100500cm左右。,（二）机器设备噪声的测量,交通车辆噪声的测量 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)中国噪声标准,二、噪声评价标准,表6-5 听力保

12、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

13、准等。2002年经国家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,第四节 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

14、变机械传动方式 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,第五节 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

15、的影响,全身振动对人体的影响 局部振动对人体的影响 振动的心理效应,全身振动多为低频大幅度的振动。全身振动能引起前庭器官、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，并使人产生疲劳、劳动机能衰退等主观感觉。由于人体不同部位和系统有各自的固有频率，所以当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，共振使得生理效应增大。如果是重要的器官发生了共振，则人体的反应最强烈。,1.全身振动对人体的影响,局部振动病是长期使用振动工具引起的。局部振动能引起神经系统、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。振动的早期影响以神经系统受损为主。一般情况下先出

16、现神经末梢病变（功能受损），继而发生中枢神经系统病变（大脑皮层功能简下降，反应时间延长，血压不稳）。振动对骨骼肌肉系统的影响表现为肌无力，肌肉疼痛和萎缩。振动对胃肠功能、妇女月经、生理及生殖功能也可能发生影响。,2局部振动对人体的影响,振动引起的心理效应主要是感觉不舒适和烦恼，甚至疼痛，进而影响工效。不同的振动参数下人体受振时的主观感觉不同。坐姿的人，对12 Hz的轻度振动感觉轻松和舒适；对48 Hz的中度振动，感觉十分不适。,3.振动的心理效应,四、振动对工效的影响,对人体视觉的影响 对操作反应的影响,振动对视觉绩效的影响主要有两种情形：视觉对象处在振动环境中；观察者处于振动环境中。,（1）

17、对视觉辨认绩效的影响,图6-4人受横向水平振动时的选 择反应时间,通过手或足操纵控制器以追踪某一活动目标的追踪活动是比较典型的操作动作。振动引起操纵界面的运动可使手控工效降低，这是由于手、脚和人 机界面的振动，使人们的动作不协调、操纵误差大大增加。,（2）对操作动作的影响,图6-5垂直振动时人的手眼协调的平均动作时问,（一）振动评价标准 1国际标准化组织提出的“人承受全身振动的评价指南”IS02631-1989（E）该标准根据加速度有效值（0.120m/s2）、振动频率（1/3倍频程的中心频率，180 Hz）、振动方向（Z轴向，X、Y轴向）、接触振动持续时间（1分钟到24小时）这四个振动参数制

18、定了全身振动评价的界限曲线，并依据参数之间的关系来评价全身振动对人体的影响。,五、振动的评价,（一）振动评价标准,图6-6 全身振动允许界限,(1)疲劳一工作效率降低界限。疲劳工作效率降低界限是从振动引起人体疲劳，从而影响其工作效率的角度而确立的。超过这个界限，人会产生疲劳，降低工效。图6-6所示的界限正是疲劳一工作效率降低界限。该界限主要用于劳动环境振动评价。(2)舒适性降低界限。舒适性降低界限以不影响人的日常活动或工作中的基本动作(如饮食、阅读或书写等)为基础，此界限与保持在振动环境下人体的舒适感有关。它比 疲劳一工作效率降低界限的振动级低10dB，超过这个界限，人可能不舒适。该界限较多用

19、于交通工具振动评价。,（一）振动评价标准,(3)受振极限(或健康界限)。受振极限是区分振动强度对人体健康与安全是否有损害的界限。它比疲劳工作效率降低界限的振动级高6dB，超过这个界限，会影响人体健康与安全。,（一）振动评价标准,GBZl-2002工业企业设计卫生标准中对工作场所的振动强度规定如下：局部振动作业，其接振强度4小时等能量频率计权振动加速度不得超过5 m/s2，接振时间少于4小时可按表6-17适当放宽。,2我国振动控制标准,表6-17 局部振动强度卫生限值,2我国振动控制标准,表6-18 全身振动强度卫生限值,六、振动的测量,振动测量是测量振动强度、频 率及不同 频率下的加速度 把声

20、级计上的电容传声器换成振 动传感器，就可以用于振动测量,（1）减少和消除振源。这是减少振动最根本的措施。通常采取以下方法：1）隔离振源。2）改进生产工艺，如用液压、焊接代替铆接可消除或减少振动。3)增加设备的阻尼，如采用吸振材料、安装阻尼器或阻尼环、附加弹性阻尼材料等，以减轻设备的振动。对于可能引起机械振动的陈旧设备，应定期检查、维修或改造。4）采取隔振、吸振、阻尼等措施来消除或减小振动，阻止振动的传播，最大限度地减少振动对人体的不良影响。例如设计减振座椅、弹性垫，以缓冲振动对人的影响,七、振动的控制与防护,5)采用钢丝弹簧类、橡胶类、软木类、毡板、空气弹簧和油压减振器等多种形式的减振器。6)

21、降低设备减振系统的共振频率。可通过减少系统刚性系数或增加质量来降低共振频率。例如，风扇、吹风机、泵、空气压缩机等，常用增加质量的方法来降低共振频率。（2）个体防护。使用防振手套，在全身振动时使用防振鞋等。由于防振鞋内有由微孔橡胶做成鞋垫，利用其弹性使全身减振。对于坐姿作业人员，可使用减振座椅、弹性垫，以缓冲振动对人的影响。（3）限制接触振动时间。,七、振动的控制与防护,第六节 特殊工作环境,加速度效应 失重效应高压与低压效应 电磁场环境及其对人体的伤害,加速度效应,由于加速度和惯性力的作用，会使物体重量增加，称为“超重”在加速度作用下，机体内会出现一系列的变化，在飞行员、航天员工作中，长时间加

22、速度作用可以很快地导致视觉障碍,失重效应,“失重”，就是指人体身体各部分所受到的外力合力等于零，人处于一种完全飘浮的状态。失重时人的操作活动不能像地面有重力时那样进行活动,高压与低压效应,静水压力和水下作业条件 潜水作业 低压和缺氧的环境条件 高空飞行(如航空和航天)及登山作业,电磁场环境及其对人体的伤害,电磁辐射由电磁发射引起的。辐射来源分天然辐射和人工辐射。辐射损伤症状：疲乏、恶心、呕吐、食欲减退、头痛、眩晕、失眠白细胞、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.,案例:高架道路交通噪音和防噪屏设置,交通噪声一直是城市坏境噪声中的主要来源。在

23、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。,高架道路上的防噪屏设计,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：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

24、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。,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，居民强烈要求治理冷却塔的噪声污染。,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

25、区本底噪声进行测量。,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。,降噪方案,1)在轴流风机出风

26、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，提高中低频吸声效果;,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,降噪方案,一、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

27、屏障有效高度为3 m。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现象。,图3 阻尼隔音板结构,二、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

28、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。,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)

29、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 Hz m/315 Hz=0.13m。,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。,消声器长度

30、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）,消声器长度L,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）,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。,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。,谢谢！,