噪声对人体应变能力影响的初步研究

田冬梅，刘浩震，贾畅畅

(华北科技学院 安全工程学院，北京 东燕郊，065201)

0 引言

在一定的条件内，凡是会对人的工作、学习和休息产生不良影响的声音都能够定义为噪声，并且对人要听到的声音产生干扰的声音也定义为噪声[1]。随着经济的蓬勃发展，随之而来的城市噪声污染也成为全世界各大城市面临的重大问题。据调查，噪声污染问题已经成为被投诉的环境问题的第一位[2]。不论是在工作环境中还是日常生活中噪声污染越来越普遍，它已经严重影响了人们正常的作息、工作与娱乐。研究发现工作环境中不同的噪声会对人体应变能力的产生影响。大量的噪声对人体生理和心理的实验结论说明，噪声会引起消化、中枢反应系统等方面的不适和疾病，继而出现头晕、易失眠、易疲劳等不适，随之还有耳鸣和听力下降[3-5]。世界卫生组织(WHO)规定了社会噪声的最大值，提出在A声级70 dB环境下工作一整天，有可能会导致听力障碍；在65～70 dB (A)的噪声的环境中呆久了，会对心脏产生不良的影响[6-7]。康奈尔大学研究人员研究得出，工作环境中的噪声在50～60 dB之间，促进人体肾上腺素的分泌含量升高，增加心脏病的患病可能性；肾上腺素令细胞生成更多的热量，进而使肿瘤细胞在热环境中会繁殖的更快[8]。噪声会对心理产生明显的不良影响，如过度紧、烦躁、恐惧等[9]。浙江大学张德乾等通过实验发现75 dB交通噪声对人体的识记能力和保持能力产生显著影响，交通噪声会降低人体原有长时记忆的保持效果的20%～40%[10-11]。研究人体在不同噪声强度下接受外界刺激的时应变能力的变化，有利于发现噪声对人体工作效率以及人体在危急情况下能否做出正确反应，能否让自己免于危险有着重大意义。

1 实验方案及内容

1.1 噪声的选择及评价指标

生产活动中按噪声源的物理特性来分类可分为：气体动力、机械、电磁性噪声。其中，机械噪声最为突出，因此针对实验中的噪声，选择机械类噪声。机械类噪声包括：生产活动过程中的撞击，交变的机械力作用下的金属板，以及运转的机械零件轴承、齿轮等[12]。

选择A声级作为实验中噪声的评价指标。A声级是声级计权中的一种，是目前噪声实验或现场大部分情况下评判时采用的标准[13]。其实声压的计权有A,B,C,Z等。计权，换句话说就是个滤波器，根据不同的频率，对各个频率的幅值进行衰减或者增加。A计权是最贴近人耳感觉的，是最常用的计权方式，假设不对源声音进行A计权，那么计算得到的声压级的值和我们耳朵感受的有时候会不同，因此为了使我们计算的声压级和我们人耳听到的感受相同，所以进行A计权[14]。实验中使用噪声计，即A声级噪声评价方法，不再单独标注。

1.2 噪声实验内容及方案

随着接触时间的不同可允许的噪声接触最大值也不同，噪声持续接触时间根据表1来设置。

表1 华尔希-赫利公共契约法规定的在不同噪声声级下的最大工作时间

查阅了相关的文献[15]，在原津港四建金属结构厂车间，该工厂主要生产任务是对大型金属容器罐进行铆、焊、磨光，金属板材，线材的气焊、气割、压轧等一系列的常见机械加工工序。

正常工作时，工人在车间内谈话，他们对噪声的描述是“震耳欲聋”。经过他们的测试，在各点测量噪声也普遍在80 dB(A)以上，且集中在80 dB(A)到100 dB(A)，见表2。经过测试，发现人体无法长时间处于在100 dB(A)以上的环境中，因此故把实验噪声最大值定为95 dB(A)。实验条件定在70 dB(A)到95 dB(A)之间，每隔5 dB(A)设立一个噪声等级做一次实验。人体在95 dB(A)环境中规定的最长日持续时间为4 h，因此设定实验者在每个噪声等级环境中待30 min符合规定，便于实验。

表2 原治金工业部津港四建金属结构厂车的噪声测定

2 人体应变能力

人体的应变是指内界或外界条件刺激下，人所作出的心理或生理的应对反应。这个应对可以是先天的，也可以是经过后天培养的[16-17]。可运用事故致因理论分析由于噪声原因引发的事故过程中人体的应变能力。根据事故致因理论，分析得出，如果在噪声环境下的人发生了事故，原因可能是人的判断错误，将错误的步骤当成正确的步骤；也可能是人的注意力不够集中，反应能力出现问题，没有看到危险性提示或反应过迟，继续操作造成事故；还有可能是操作失误，人在进行正确的步骤，但是失误了，从而发生事故。如图1所示。

图1 事故致因理论分析

实验根据人的反应能力和判断缺陷这两个事故原因进行设计。同时研究，在噪声条件下的人的工作效率的变化。对于人的反应能力，我们通过抓下落的直尺进行实验研究，直尺呈自由落体运动，因此下落过程中的速度条件相同，当实验者用拇指和食指快速夹住垂直下落的直尺时，通过直尺刻度值的大小来反应实验者的反应能力，该实验在70 dB(A),75 dB(A),80 dB(A),85 dB(A),90 dB(A),95 dB(A)每个噪声层进行五次实验。对于人的判断能力，通过做数学题实验来研究。实验者在不同噪声强度下3 min内完成30道三位数的数学加减题，计算对比不同噪声强度下答题的准确性。相比与两位数的乘除法，三位数的加减法更多的是考验实验者大脑的计算、判断能力，更符合这次实验的考察的对象，该实验每个噪声层测试一次。对于人的效率的研究，实验采用双臂灵活性测试仪，记录实验者在规定时间内翻双臂灵活性测试仪的小板的数目，将翻的小板的数目除以总小板数来代表总效率，该实验每个噪声层测试一次。

3 噪声实验研究结果及分析

3.1 反应能力实验

7名实验者需首先经过培训，熟悉实验仪器的使用方法的与流程，再进行实验。每人每个噪声层进行5次实验，所得数据删去最大与最小值取剩下数据的平均值，得到不同噪声下反应能力变化图，如图2。排除两条波动太大的2号和4号实验者的数据线，选取各个噪声层中最接近各数据值的点，进行非线性曲线拟合，可得到不同噪声强度下人的反应距离的变化曲线，如图3。

图2 反应距离变化

通过图2与图3数据分析可知：反应距离随着噪声分贝的升高存在波动，但反应距离与噪声分贝的升高整体呈正比。当噪声从85 dB增加至90 dB时，反应距离的增加的斜率骤增且最大。当噪声达到90 dB及其以上时，反应距离无明显变化。

图3 反应距离拟合

3.2 准确性实验

根据图4可得出结论：随着噪声分贝的升高，答题的准确个数处于上下波动状态，且整体趋于平稳。多次实验中单看个人答题准确个数，最大相差6题，最小相差4题。在一些难度不大的重复操作中，只要操作者注意力关注在操作中，噪声强度的变化对人的操作失误率的影响不大。

图4 准确性能力变化

3.3 效率性实验

实验前，让7名实验者操作双臂灵活性操作仪5次以确保熟悉仪器。考虑到熟练效应，实验者在完成一次该实验所翻的小板数目一定会变多，故每次实验都会比上一次实验减少2 s，下面是所测得的一定时间内翻的小板的数目除以总小板(60个)，如图5所示。

图5 效率性变化

根据图5和图6可得到结论：噪声强度对人的工作效率影响较大，噪声强度越大，人的工作效率越低。噪声由90 dB增至95 dB时，对工作效率的影响最大，降低了8%。在类似低难度的重复工作中，噪声的影响是比较严重的。特别注意控制流水线作业者的工作环境的噪声等级是必要的。

图6 效率性拟合

4 结论

(1) 根据操作者在不同噪声强度下抓尺子的实验数据与做双臂灵活性测试仪的实验数据，利用Origin绘成图表分析，70 dB(A)以上的噪声对人体的反应能力和人的工作效率都有影响，且噪声强度对两种能力的影响在85 dB(A)后明显增大。因此，为了安全性与投资回报比的统一，应该尽量把工作环境的噪声控制在85 dB(A)以内，以减小对操作者的反应能力与工作效率的影响。

(2) 针对人体的操作准确性进行实验研究，准确率并没有随着噪声的变化而产生明显的变化，说明对于一些低难度重复率高的工作，只要操作者集中注意在工作中，70～95 dB(A)的噪声对他们的工作准确度没有明显的影响。

(3) 对于研究人体效率的实验，效率与噪声分贝的增加成反比，由非线性拟合曲线可知，噪声由70 dB升至95 dB，效率由86%降至62%，噪声对工作效率的影响较大。实验者中工作效率最大相差30%，最小相差19%，相差明显，可能与实验者本身生理或心理有关。