噪聲對(duì)人體應(yīng)變能力影響的初步研究

田冬梅，劉浩震，賈暢暢

(華北科技學(xué)院 安全工程學(xué)院，北京 東燕郊，065201)

0 引言

在一定的條件內(nèi)，凡是會(huì)對(duì)人的工作、學(xué)習(xí)和休息產(chǎn)生不良影響的聲音都能夠定義為噪聲，并且對(duì)人要聽到的聲音產(chǎn)生干擾的聲音也定義為噪聲[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，隨之而來(lái)的城市噪聲污染也成為全世界各大城市面臨的重大問(wèn)題。據(jù)調(diào)查，噪聲污染問(wèn)題已經(jīng)成為被投訴的環(huán)境問(wèn)題的第一位[2]。不論是在工作環(huán)境中還是日常生活中噪聲污染越來(lái)越普遍，它已經(jīng)嚴(yán)重影響了人們正常的作息、工作與娛樂(lè)。研究發(fā)現(xiàn)工作環(huán)境中不同的噪聲會(huì)對(duì)人體應(yīng)變能力的產(chǎn)生影響。大量的噪聲對(duì)人體生理和心理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論說(shuō)明，噪聲會(huì)引起消化、中樞反應(yīng)系統(tǒng)等方面的不適和疾病，繼而出現(xiàn)頭暈、易失眠、易疲勞等不適，隨之還有耳鳴和聽力下降[3-5]。世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定了社會(huì)噪聲的最大值，提出在A聲級(jí)70 dB環(huán)境下工作一整天，有可能會(huì)導(dǎo)致聽力障礙；在65～70 dB (A)的噪聲的環(huán)境中呆久了，會(huì)對(duì)心臟產(chǎn)生不良的影響[6-7]?？的螤柎髮W(xué)研究人員研究得出，工作環(huán)境中的噪聲在50～60 dB之間，促進(jìn)人體腎上腺素的分泌含量升高，增加心臟病的患病可能性；腎上腺素令細(xì)胞生成更多的熱量，進(jìn)而使腫瘤細(xì)胞在熱環(huán)境中會(huì)繁殖的更快[8]。噪聲會(huì)對(duì)心理產(chǎn)生明顯的不良影響，如過(guò)度緊、煩躁、恐懼等[9]。浙江大學(xué)張德乾等通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)75 dB交通噪聲對(duì)人體的識(shí)記能力和保持能力產(chǎn)生顯著影響，交通噪聲會(huì)降低人體原有長(zhǎng)時(shí)記憶的保持效果的20%～40%[10-11]。研究人體在不同噪聲強(qiáng)度下接受外界刺激的時(shí)應(yīng)變能力的變化，有利于發(fā)現(xiàn)噪聲對(duì)人體工作效率以及人體在危急情況下能否做出正確反應(yīng)，能否讓自己免于危險(xiǎn)有著重大意義。

1 實(shí)驗(yàn)方案及內(nèi)容

1.1 噪聲的選擇及評(píng)價(jià)指標(biāo)

生產(chǎn)活動(dòng)中按噪聲源的物理特性來(lái)分類可分為：氣體動(dòng)力、機(jī)械、電磁性噪聲。其中，機(jī)械噪聲最為突出，因此針對(duì)實(shí)驗(yàn)中的噪聲，選擇機(jī)械類噪聲。機(jī)械類噪聲包括：生產(chǎn)活動(dòng)過(guò)程中的撞擊，交變的機(jī)械力作用下的金屬板，以及運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械零件軸承、齒輪等[12]。

選擇A聲級(jí)作為實(shí)驗(yàn)中噪聲的評(píng)價(jià)指標(biāo)。A聲級(jí)是聲級(jí)計(jì)權(quán)中的一種，是目前噪聲實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)大部分情況下評(píng)判時(shí)采用的標(biāo)準(zhǔn)[13]。其實(shí)聲壓的計(jì)權(quán)有A,B,C,Z等。計(jì)權(quán)，換句話說(shuō)就是個(gè)濾波器，根據(jù)不同的頻率，對(duì)各個(gè)頻率的幅值進(jìn)行衰減或者增加。A計(jì)權(quán)是最貼近人耳感覺的，是最常用的計(jì)權(quán)方式，假設(shè)不對(duì)源聲音進(jìn)行A計(jì)權(quán)，那么計(jì)算得到的聲壓級(jí)的值和我們耳朵感受的有時(shí)候會(huì)不同，因此為了使我們計(jì)算的聲壓級(jí)和我們?nèi)硕牭降母惺芟嗤?，所以進(jìn)行A計(jì)權(quán)[14]。實(shí)驗(yàn)中使用噪聲計(jì)，即A聲級(jí)噪聲評(píng)價(jià)方法，不再單獨(dú)標(biāo)注。

1.2 噪聲實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及方案

隨著接觸時(shí)間的不同可允許的噪聲接觸最大值也不同，噪聲持續(xù)接觸時(shí)間根據(jù)表1來(lái)設(shè)置。

表1 華爾希-赫利公共契約法規(guī)定的在不同噪聲聲級(jí)下的最大工作時(shí)間

查閱了相關(guān)的文獻(xiàn)[15]，在原津港四建金屬結(jié)構(gòu)廠車間，該工廠主要生產(chǎn)任務(wù)是對(duì)大型金屬容器罐進(jìn)行鉚、焊、磨光，金屬板材，線材的氣焊、氣割、壓軋等一系列的常見機(jī)械加工工序。

正常工作時(shí)，工人在車間內(nèi)談話，他們對(duì)噪聲的描述是“震耳欲聾”。經(jīng)過(guò)他們的測(cè)試，在各點(diǎn)測(cè)量噪聲也普遍在80 dB(A)以上，且集中在80 dB(A)到100 dB(A)，見表2。經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)人體無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間處于在100 dB(A)以上的環(huán)境中，因此故把實(shí)驗(yàn)噪聲最大值定為95 dB(A)。實(shí)驗(yàn)條件定在70 dB(A)到95 dB(A)之間，每隔5 dB(A)設(shè)立一個(gè)噪聲等級(jí)做一次實(shí)驗(yàn)。人體在95 dB(A)環(huán)境中規(guī)定的最長(zhǎng)日持續(xù)時(shí)間為4 h，因此設(shè)定實(shí)驗(yàn)者在每個(gè)噪聲等級(jí)環(huán)境中待30 min符合規(guī)定，便于實(shí)驗(yàn)。

表2 原治金工業(yè)部津港四建金屬結(jié)構(gòu)廠車的噪聲測(cè)定

2 人體應(yīng)變能力

人體的應(yīng)變是指內(nèi)界或外界條件刺激下，人所作出的心理或生理的應(yīng)對(duì)反應(yīng)。這個(gè)應(yīng)對(duì)可以是先天的，也可以是經(jīng)過(guò)后天培養(yǎng)的[16-17]?？蛇\(yùn)用事故致因理論分析由于噪聲原因引發(fā)的事故過(guò)程中人體的應(yīng)變能力。根據(jù)事故致因理論，分析得出，如果在噪聲環(huán)境下的人發(fā)生了事故，原因可能是人的判斷錯(cuò)誤，將錯(cuò)誤的步驟當(dāng)成正確的步驟；也可能是人的注意力不夠集中，反應(yīng)能力出現(xiàn)問(wèn)題，沒(méi)有看到危險(xiǎn)性提示或反應(yīng)過(guò)遲，繼續(xù)操作造成事故；還有可能是操作失誤，人在進(jìn)行正確的步驟，但是失誤了，從而發(fā)生事故。如圖1所示。

圖1 事故致因理論分析

實(shí)驗(yàn)根據(jù)人的反應(yīng)能力和判斷缺陷這兩個(gè)事故原因進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)研究，在噪聲條件下的人的工作效率的變化。對(duì)于人的反應(yīng)能力，我們通過(guò)抓下落的直尺進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，直尺呈自由落體運(yùn)動(dòng)，因此下落過(guò)程中的速度條件相同，當(dāng)實(shí)驗(yàn)者用拇指和食指快速夾住垂直下落的直尺時(shí)，通過(guò)直尺刻度值的大小來(lái)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)者的反應(yīng)能力，該實(shí)驗(yàn)在70 dB(A),75 dB(A),80 dB(A),85 dB(A),90 dB(A),95 dB(A)每個(gè)噪聲層進(jìn)行五次實(shí)驗(yàn)。對(duì)于人的判斷能力，通過(guò)做數(shù)學(xué)題實(shí)驗(yàn)來(lái)研究。實(shí)驗(yàn)者在不同噪聲強(qiáng)度下3 min內(nèi)完成30道三位數(shù)的數(shù)學(xué)加減題，計(jì)算對(duì)比不同噪聲強(qiáng)度下答題的準(zhǔn)確性。相比與兩位數(shù)的乘除法，三位數(shù)的加減法更多的是考驗(yàn)實(shí)驗(yàn)者大腦的計(jì)算、判斷能力，更符合這次實(shí)驗(yàn)的考察的對(duì)象，該實(shí)驗(yàn)每個(gè)噪聲層測(cè)試一次。對(duì)于人的效率的研究，實(shí)驗(yàn)采用雙臂靈活性測(cè)試儀，記錄實(shí)驗(yàn)者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)翻雙臂靈活性測(cè)試儀的小板的數(shù)目，將翻的小板的數(shù)目除以總小板數(shù)來(lái)代表總效率，該實(shí)驗(yàn)每個(gè)噪聲層測(cè)試一次。

3 噪聲實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果及分析

3.1 反應(yīng)能力實(shí)驗(yàn)

7名實(shí)驗(yàn)者需首先經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法的與流程，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。每人每個(gè)噪聲層進(jìn)行5次實(shí)驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)刪去最大與最小值取剩下數(shù)據(jù)的平均值，得到不同噪聲下反應(yīng)能力變化圖，如圖2。排除兩條波動(dòng)太大的2號(hào)和4號(hào)實(shí)驗(yàn)者的數(shù)據(jù)線，選取各個(gè)噪聲層中最接近各數(shù)據(jù)值的點(diǎn)，進(jìn)行非線性曲線擬合，可得到不同噪聲強(qiáng)度下人的反應(yīng)距離的變化曲線，如圖3。

圖2 反應(yīng)距離變化

通過(guò)圖2與圖3數(shù)據(jù)分析可知：反應(yīng)距離隨著噪聲分貝的升高存在波動(dòng)，但反應(yīng)距離與噪聲分貝的升高整體呈正比。當(dāng)噪聲從85 dB增加至90 dB時(shí)，反應(yīng)距離的增加的斜率驟增且最大。當(dāng)噪聲達(dá)到90 dB及其以上時(shí)，反應(yīng)距離無(wú)明顯變化。

圖3 反應(yīng)距離擬合

3.2 準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)

根據(jù)圖4可得出結(jié)論：隨著噪聲分貝的升高，答題的準(zhǔn)確個(gè)數(shù)處于上下波動(dòng)狀態(tài)，且整體趨于平穩(wěn)。多次實(shí)驗(yàn)中單看個(gè)人答題準(zhǔn)確個(gè)數(shù)，最大相差6題，最小相差4題。在一些難度不大的重復(fù)操作中，只要操作者注意力關(guān)注在操作中，噪聲強(qiáng)度的變化對(duì)人的操作失誤率的影響不大。

圖4 準(zhǔn)確性能力變化

3.3 效率性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)前，讓7名實(shí)驗(yàn)者操作雙臂靈活性操作儀5次以確保熟悉儀器?？紤]到熟練效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)者在完成一次該實(shí)驗(yàn)所翻的小板數(shù)目一定會(huì)變多，故每次實(shí)驗(yàn)都會(huì)比上一次實(shí)驗(yàn)減少2 s，下面是所測(cè)得的一定時(shí)間內(nèi)翻的小板的數(shù)目除以總小板(60個(gè))，如圖5所示。

圖5 效率性變化

根據(jù)圖5和圖6可得到結(jié)論：噪聲強(qiáng)度對(duì)人的工作效率影響較大，噪聲強(qiáng)度越大，人的工作效率越低。噪聲由90 dB增至95 dB時(shí)，對(duì)工作效率的影響最大，降低了8%。在類似低難度的重復(fù)工作中，噪聲的影響是比較嚴(yán)重的。特別注意控制流水線作業(yè)者的工作環(huán)境的噪聲等級(jí)是必要的。

圖6 效率性擬合

4 結(jié)論

(1) 根據(jù)操作者在不同噪聲強(qiáng)度下抓尺子的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與做雙臂靈活性測(cè)試儀的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用Origin繪成圖表分析，70 dB(A)以上的噪聲對(duì)人體的反應(yīng)能力和人的工作效率都有影響，且噪聲強(qiáng)度對(duì)兩種能力的影響在85 dB(A)后明顯增大。因此，為了安全性與投資回報(bào)比的統(tǒng)一，應(yīng)該盡量把工作環(huán)境的噪聲控制在85 dB(A)以內(nèi)，以減小對(duì)操作者的反應(yīng)能力與工作效率的影響。

(2) 針對(duì)人體的操作準(zhǔn)確性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，準(zhǔn)確率并沒(méi)有隨著噪聲的變化而產(chǎn)生明顯的變化，說(shuō)明對(duì)于一些低難度重復(fù)率高的工作，只要操作者集中注意在工作中，70～95 dB(A)的噪聲對(duì)他們的工作準(zhǔn)確度沒(méi)有明顯的影響。

(3) 對(duì)于研究人體效率的實(shí)驗(yàn)，效率與噪聲分貝的增加成反比，由非線性擬合曲線可知，噪聲由70 dB升至95 dB，效率由86%降至62%，噪聲對(duì)工作效率的影響較大。實(shí)驗(yàn)者中工作效率最大相差30%，最小相差19%，相差明顯，可能與實(shí)驗(yàn)者本身生理或心理有關(guān)。