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工作空间环境中人因工程设计中的声学安全测量

A. PAHSA*, T.A.BAYAZIT*, P.KAYA*, G.ALAT*, Prof. Dr. B. BAYKAL*

摘要

声学安全测量对于将使用该系统的操作员/维护人员的系统工作空间室内环境的人为因素设计是重要的。由于作为操作员/维护者的许多用户长时间与硬件系统交互，因此应确定硬件系统的噪声水平，以便从硬件系统的设计阶段的开始及其工作空间室内环境采取措施。经验表明，随着人员工作时间在高层噪声工作室室内环境中的增加，他们的听觉感觉水平会随着损害率而逐渐丧失。出于这个原因，系统设计人员必须在安装硬件系统之前测量声音噪声水平，以便设计工作空间设计的保护。这个过程是在HAVELSAN A.的和平鹰计划的地面支持系统硬件开发项目的“工作空间环境设计的人为因素系统设计”中存在的。

关键词：声学噪声；声学测量；人因工程师；声学安全

1.绪论

从最初的建筑设计和建造的历史来看，室内声学对人类来说具有重要意义。根据许多关于建造中世纪时期教堂、大教堂和欧洲大型教堂、清真寺、宫殿和土耳其伊斯兰文明历史古迹的书面记录和数据来看，建筑师和建筑商对建筑声学进行了早期研究。因此，在20世纪初Wallace Clement Sabine对房间的声学特性（如波士顿交响乐大厅）进行了广泛的实验研究之前，关于有效声学特征的室内空间技术设计的信息并不多。他开发了经验关系技术，以限制房间内声音的混响，使房间中声音稳定，还考虑了隔音罩和隔音屏障的室内设计。声学室内设计的目的是隔离不需要的声音（噪音），以提供环境声学安全和人体工程学设计^[1]相关内容要求。

对该领域的兴趣源于当今发达的工业工作场所中稳定增长的声音或噪音引起的健康问题的案例。声音和噪声之间的差异是主观的。声音被认为是有利或有用的东西：例如音乐或演讲。相反，噪音被认为是令人不愉快的，例如：桌锯锯木头或指甲的声音。工业过程中许多职业环境产生和传播了噪音，其对工人的影响从轻微烦躁到听力损害等不同程度。不幸的是，在目前的技术限制范围内，噪声是许多行业的副产品，例如：制造业，特别是那些使用高能或冲击过程的产品。如：金属切削和矿物精炼以及服务相关行业，如：空气运输，建筑，农业和信息管理。员工抱怨噪音对他们的交流沟通、感受警告和其他信号的负面影响。另一方面，工业中最受关注的影响是噪声引起的永久性听力损失^[2]。

噪音源自拉丁语“恶心”，意思是“不需要的声音”或“响亮，令人不快或意外的声音”。噪音源于人类活动，尤其是城市化和交通运输业的发展过程。城市人口受这种污染的影响很大，但是沿着乡村或工业的小地方、城镇、村庄也是这个问题的受害者。即使在发达国家，噪音污染也越来越多，但却很少被注意到。

根据Birgitta和Lindvall的研究：道路交通，喷气式飞机，垃圾车，建筑设备，制造工艺，房间的室内设计，工业通风和空调仪器，割草机等是噪音的主要来源。噪音污染也是一种缓慢而柔软的杀手。然而，很少有人努力处理它。它与其他类型的污染一起成为生活质量的危害因素。Kiernan发现，即使相对较低的噪音水平也会对人类健康产生不利影响。它可能会导致高血压，扰乱睡眠。严重的噪音可能产生比较严重的影响，以至于产生精神疾病。此外，还有许多过度噪音或突然暴露的不良影响噪声^[3]。和平鹰（PE）空中预警和控制（AEW＆C）系统是为土耳其共和国开发的机载监视系统。作为土耳其空军（TurAF）的一个组成部分，AEW＆C系统提供监视，防空，舰队支持和部队协调等功能，以维护主权和国家利益。PE AEW＆C系统包括机载段（ABS）737系列飞行平台和地面支持段（GSS）。这些段由具有硬件和软件配置项的子系统组成，以执行PE AEW＆C系统功能。HAVELSAN参与收购Peace Eagle AEW＆C作为BOEING的唯一国内分包商，用于ABS任务计算部门（MCS）和地面支持部门（GSS）以及整个计划的所有工程流程，从系统分析开始直至系统测试和评估结束。在系统分析和生产场地支持系统工作空间环境中，认真考虑用户人员的系统安全设计，特别是声学安全测量对于操作员，维护人员的系统工作空间室内环境的人为因素设计是重要的。由于许多操作员，维护人员长时间与硬件系统交互，因此应指定硬件系统的噪声级别，以便从工作空间室内环境的设计阶段开始就采取措施来减小对人员的负面影响。

经验表明，随着人员在高水平噪声环境中工作时间增加，人员听觉感觉水平降低或受到伤害。因此，在安装硬件系统之前，系统设计人员必须测量噪声水平，以便设计工作空间环境设计的保护。在HAVELSANA.ugrave;的Peace Eagle计划的地面支持系统工作空间环境的设计过程中，人因工程和系统安全工程小组进行了这一工作。

2．声学噪声，测量和效果

所有影响听觉器官和人体其他感官的声音都被视为噪音，它是令人不安，恼人，剧烈和危险的。众所周知物理学中，所有声音都是弹性介质（气体，液体或固体）的机械振动。这些振动被假定为介质平衡状态下的中间粒子的振荡运动，引起介质压力相对于静态（大气压）的变化。在这种连续的局部传播和中等颗粒稀释的形式的压力变化（平衡扰动）中，介质转移到振动源周围的空间中，形成声波。下面的图1显示了噪声的来源，作为接收器的主体样本和传输路径：

图1：噪声元素之间的相互关系

声音暴露水平的测量和量化为评估听力暴露风险，语音和信号掩蔽效应，听力保护计划需求以及系统和环境设计的工程噪声控制策略提供了基础数据。有多种仪器可用于噪音测量。但是，对于大多数噪声暴露情况的监测和评估，应该了解三种主要仪器（声级计，剂量计和频谱分析仪）及其数据输出的基本知识。在噪声本质上是高度冲动的示例中，预期选择和开发特定情况的工程噪声控制缓解措施将需要更专业的工具。因为声音作为在空间和时间上变化的压力波传播，所以完整的量化将需要在特定声场的所有声点处的连续时间段上同时测量以大量记录空间中的噪声水平。众所周知，这通常是成本和时间的，因此应采用采样策略来建立观测点和间隔^[4]。本研究中以工作环境噪声为特征的测量值是加权声级和人员暴露于8小时工作期或一周工作期的噪声水平。这些是基于声压级的量^[5]。

声学是一门跨学科的科学，研究声音，超声波和次声（气体，液体和固体中的所有机械波）。声学噪声是声学领域中的任何声音，无论是故意的（音乐，语音等）还是无意的。重要的是要认识到术语“噪声”也用于指代其他非听觉形式，尤其是在电子学和无线电或雷达频谱中。环境声学噪声是对人类环境中涉及不需要的声音的声学现象的综合研究。环境噪声的主要来源是地面机动车辆，飞机，火车，工业源以及导致空气中机械振动的源。这些声学噪声源使数百万人受到噪音污染，不仅会产生烦恼，还会产生严重的健康后果，例如增加听力损失和心血管疾病。使用噪声剂量计执行声学噪声测量。噪声剂量计是一种专门的声级计，专门用于测量在一段时间内集成的人的噪声暴露;通常遵守健康和安全法规，如欧盟指令2003/10/EC，或等效的职业安全和卫生管理局（OSHA）。声级计测量声压级，通常用于声学噪声污染研究，用于量化几乎所有噪声，尤其是工业，环境和飞机噪声。目前的声级计性能国际标准是IEC61672：2003，这也要求包含A频率加权滤波器，并且还描述了C和Z（零）频率加权的其他频率加权。在几乎所有国家，使用频率加权被用于保护工人免受噪音引起的耳聋。最初的频率加权仅适用于40分贝（dB）声压级的安静声音，但现在已经规定适用于所有级别。分贝的单位，或贝尔的1/10，是用于量化噪声幅度的最常用度量。分贝（以下简称为dB）是水平的度量，定义为数量与相同类型的参考量的比率的对数。噪声控制程序通常要求测量各种声学量以确定噪声控制程序的有效性。可能还有其他原因需要实验数据。必须进行噪声测量以确定是否符合噪声规定。可能需要进行噪声测量以用于诊断目的或在一台机器中定位噪声源。可以通过声学测量来识别系统中的噪声的传输路径。正确选择测量设备以监控和测量声音特性非常重要。如果存在需要评估环境噪声严重程度的基本情况，我们可能需要使用简单的声级计仅测量整体声压级或A加权级。例如，如果房间中的水平声级超过90分贝-A，则便携式或手持式声级计是适合使用的仪器。为了验证是否符合噪声暴露规定，剂量计可用于测量和记录累积噪声暴露。剂量计/声级计包括基本部件，如麦克风，放大器，加权网络和指示分贝的显示器。典型的声级仪表/剂量计如图2所示：

图2：声级计/剂量计。

该设备在每次运行结束时提供手动操作和结果存储。输出显示在仪表的屏幕上，或者数据可以下载到计算机上。

对于室内声学的测量，两个测量水平相当于A加权声级和A加权声级，以dB为单位，与正常工作时段（8小时或一周）相关。等效A加权声级L_Aeq,T （用于描述噪声随时间变化的值或可变曝光时间）被定义为声音A的平均值，其在时间上变化等于听觉器官在加权时间内受到恒定水平噪声影响的反应。它以dB表示，由公式（1）^[5]给出：

公式(1)

欧洲议会和欧盟理事会已根据指令2002/49 / EC制定噪声测量和控制。根据该指令，声学规划，设计和监测操作均采用噪声指标公式进行，A夜间加权平均噪声指标为Lden和昼夜噪声指示，Levening为夜间噪声指示，Lday为日噪声指示器。以昼夜（dB）为单位的傍晚 - 夜间水平Lden定义为^[6]：

公式(2)

Lday是按照ISO 1996-2 1987定义的a加权长期平均声级，确定，Levening是ISO1996-2：1987中定义的A加权长期平均声级，总体上确定了一年中的傍晚时段。Lnight是1996-2：1987中定义的A加权长期平均声级，确定了一年中的所有夜晚时段。这一天是12小时，傍晚是4小时，晚上是8小时。对于公式的用户可以将晚上时间缩短一到两个小时并相应地延长白天或夜晚时间，只要该选择对于所有来源和他们提供的相同。可以通过分析案例的主题来选择当天的开始。默认值为当地时间的07:00至19：00,19：00至23:00和23:00至07:00。在测量分析中，考虑声级计/剂量计在测量过程中所处的高度也很重要^[6]。主要用于工作空间环境中的项目和房间的声学的这些测量技术根据房间声学的人为因素指定来测量。室内声学是一个重要的术语，描述声音在封闭的房间中的表现。声音在房间中具有不同的行为，可以大致分解为四个不同的频率区域。第一个区域低于波长为房间最长长度两倍的频率。在这个区域，声音的表现非常像静态气压的变化。在区域上方，直到频率约为11250（RT60/V）^（1/2），波长与房间的尺寸相当，因此房间共振占主导地位。第三个区域延伸大约2个八度音程是到第四个区域的过渡。在第四区，声音表现得像在房间里跳动的光线。在工作空间环境中，由于房间有墙壁，地板和天花板，它们会产生声波的反射。然后，该入射波干扰反射的波。该动作产生起始节点和高压区的驻波。1982年，布宜诺斯艾利斯大学的Oscar Benello教授开始解决这个问题。他制定了一种模态密度概念解决方案，该解决方案使用心理声学的概念。该方法被称为“Benello Criteria”，它分析了前48个房间模式，并绘制了每个三分之一的八度音阶模式的数量。曲线单调增加（每个八度音阶必须有比前一个更多的模式）。在设计工作空间室内空间的最佳尺寸时，使用模态密度标准，下一步是找到正确的混响时间。混响时间取决于工作空间室内环境的使用。歌剧院和音乐厅需要大约1.5至2秒的时间。对于广播和录音工作室和会议室，经常使用一秒以下的值，建议用于回响的时间始终是房间音量的函数。

室内环境的噪声问题通常由三个相互关联的元件组成：源，接收器和传输路径。该传输路径通常是声音传播的大气，但可以包括包含接收器的任何建筑物的结构材料。噪声可以是连续的或间歇的，并且可以是高频率或低频率的。例如，儿童的哭声产生声音，这对正常听力几乎是不利的。因为它是不需要的声音（噪音）。有时室内环境有两个或更多噪声源。为了计算噪声水平，应该增加声音噪声水平。形成两个或多个源的有效声级不能简单地以代数方式添加。例如，来自两个空调器的声级为60dB（A），例如不是60 60=120dB（A）而是60 3=63dB（A）。当房间内有两个或更多噪声源时使用表1 ^[7]：

表1：增加声级，L₁ 和L₂（L₁gt; L₂）

室内环境中的噪声源可以是工业或商业的，例如：实验室，机械，发电机组，空调，电动机，泵等。噪声经常被忽视，对人类和生物体造成严重影响。噪音的一些不利影响是：烦恼，生理影响，听力丧失，行为表现，神经系统，失眠，破坏物质。对人的生理影响是生理特征，如呼吸幅度，血压，心跳率，脉搏率，血胆固醇。工人的工作表现会受到影响，因为他们在工作期间会失去

资料编号：[4527]