噪音與震動控制 第二章噪音對人類之影響 土木與空間資訊系賴怡潔老師
2.1 噪音對人類之影響 聽力損失 : 過大的噪音或長時間的噪音會導致重聽與失聰, 造成聽閾值提高 ( 聽見聲音最小值的敏感度降低 ) 交談溝通障礙 其他生理的影響 干擾睡眠 心理上的影響 瞳孔放大 引起甲狀腺荷爾蒙之分泌 增加心跳腎上腺素增加 胃及腹部異常位移 肌肉跳動 血管收縮 2
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聲音強度(dB) 交談溝通障礙 : 語言交談上之困難除由聽力損失所引起外, 亦可由於聲音被遮蔽 (masking) 所引起 無法交談 正常交談大聲交談 1.5 距離 ( 公尺 ) 噪音達 85dB 要在耳邊大聲喊對方才聽的到 4
語言溝通與背景音量的關係 溝通方式小於 50dB 50~70 db 70~90 db 90~100 db 110~130 db 面對面講話 正常聲音距離至 6 公尺 提高聲音距離至 2 公尺 電話交談 良好 滿意到稍有 困難 內部對講系統 彌補揚聲器不足所使用的耳機型式公共擴音系統 良好 不需要使用耳機 滿意到稍有困難 可用到不用的程度 大聲距離至 50 公分 困難到不滿足要求 用揚聲器不滿意 任何型式的耳機 良好 滿意 滿足要求到 有困難 最大聲音距離至 25 公分 需要使用隔音電話間 不能用揚聲器 有護罩或頭盔的任意型式的耳機 困難 傳音器型式 任意 任意 任意 防噪音型傳 音器 非常困難, 無法交談 需要特殊設備 不能用揚聲器 在頭盔 護罩內採用特殊型式耳機 非常困難 良好的防噪傳音器 5
其他健康影響 http://www.enviromo.org.tw/100aggre_sub03.html 1. 睡眠干擾 : 使人不易入睡 失眠 2. 消化系統 : 腸胃不適 食慾不佳 3. 心血管循環系統 : 血壓升高及心跳速率增加 4. 內分泌系統 : 腎上腺分泌增加 5. 呼吸系統 : 呼吸不順暢 6. 肌肉骨骼系統 : 四肢與脊柱的屈肌反應 7. 其他 : 驚嚇 疲勞等 6
2.2 聽力器官與聽力機構 2.2.1 耳朵的構造 人體的聽覺能力來自聽覺系統, 其構造主要分成三個部份, 即外耳 中耳和內耳 外耳 : 聲音收集 中耳 : 聲音傳導與放大 內耳 : 將聲音轉變為神經衝動, 以便經由聽覺神經傳至大腦的聽覺中樞神經而產生聽覺 耳翼 外耳 外耳道 中耳 鼓膜 卵圓窗 耳石 錘骨砧骨鐙骨 圓窗 半視管 前庭 內耳 耳咽管 顳骨 顏面 n 前庭耳蝸 n 至咽 內耳骨性迷路 耳蝸 圖 2-1 人耳的構造 [14] 7
耳廓 : 這是可以看到的部份, 主要的功能是收集聲波並協助聲波可以進入外耳道 外耳道 : 外耳道內會產生耳垢, 而耳垢可保護和維謢外耳道清潔的功能 鼓膜 : 正如其名鼓膜的功能就像是鼓皮一樣, 當聲波碰觸到鼓膜時會產生振動 由於耳廓音波回應與外耳道由外至內直徑漸減之特性, 使得鼓膜之音量比在剛進入外耳道之音量高 8
三個聽小骨 : 連結鼓膜與卵圓窗, 聲波藉由聽小骨鏈的槓桿效應會使強度提升, 以及改變肌肉張力以保護高噪音暴露下的聽力 由鼓膜傳至鐙骨, 其面積縮小約 17~19 倍, 且由錘骨傳至鐙骨的槓桿作用, 力量約增加 1.3 倍, 故由鼓膜傳至鐙骨的壓力增加約 22~25 倍, 且在 300~3000Hz 聲阻抗配合較佳 耳咽管 : 它連接中耳和咽喉, 並且平衡中耳腔的內外壓力, 當壓力不平衡時, 耳朵會覺得脹脹閟閟的, 如搭乘飛機時, 一旦耳咽管打開後, 壓力平衡後耳朵就會覺得正常 9
半規管 : 主司平衡, 故內耳也是一個平衡器官 半規管內有感覺細胞, 可以監測頭部運動和姿勢 耳蝸 : 形如其名, 被人體最硬的骨頭 - 顳骨所包圍 其構造和功能非常複雜神奇 耳蝸旋繞成 2.5 圈, 為充滿液體的腔室 耳蝸在捲曲時其直徑由底端至尖端成漸減趨勢, 因此聽覺細胞的質量負載也由小而大 10
聲音傳遞過程 聲波經由外耳道傳送到鼓膜, 波傳遞介質由空氣轉由固體, 將能量傳遞至中耳內的三根聽小骨, 同時將聲波信號放大傳遞至內耳中的液體, 再經由液體將能量傳遞至內耳的聽覺毛細胞 聽覺毛細胞的壓電作用 (piezoelectric effect), 使得聽覺毛細胞產生電氣訊號而刺激神經再傳至大腦的聽覺區, 因而聽到聲音 壓電作用係指係指當一材料受到外力 ( 壓力 拉力 扭力 ) 時, 會在材料表面產生電荷與電壓之作用 11
聲音傳遞過程 聽覺毛細胞為真正的聽覺感受器官, 因其含有感覺細胞, 可將聲音傳至大腦 若聽覺毛細胞受到過度音壓作用而損傷甚至斷裂, 即造成不同程度之聽力損失 聲音經由上述傳導過程, 由耳殼 外耳道 中耳至內耳的傳導之聲音, 稱為氣導音 經由頭殼直接傳導進入內耳或經中耳至內耳之聲音, 稱為骨導音 12
耳蝸內毛細胞反應 8000 Hz 4000 Hz 2000 Hz 1000 Hz 500 Hz 250 Hz 50 Hz 0 5 10 15 20 25 30 35 高頻音共振 基底膜上位置.mm 低頻音共振 底端 末端 4000 Hz 之最大反應量範圍 伸展的基底膜 圖 2-4 音頻對於基底膜相對反應之效應 [Bekesy, JASA, 21, 1949];[13] 13
男女性不同年齡之聽力閾值 14
2.2.2 聽音定位原理 兩耳時間差 : 音波在空氣中以 340 m/s 進行, 假設兩耳距離為 20 cm, 當音源由正左方來, 聲波會先到達左耳再經過 580 μs 才到達右耳 若音源由正前方來, 到達兩耳的時間就相同了 兩耳音量差 : 聲音被物體擋住時, 會產生衰減 若聲音從正左方來, 左耳聽到的聲音不會有衰減, 而右耳聽到的聲音則會被頭部吸收到一部分能量, 此時左右耳聽到的聲音震幅是不同的 同理在 360 度空間內, 每一點到兩耳的震幅可以測量到相對的關係 15
2.2.3 耳的損傷 長時間暴露於強度夠大的噪音下, 可造成內耳的損傷與嚴重聽力降低, 此影響部分為暫時性, 停止暴露後數分鐘 數小時或幾天後可恢復 暫時性影響消失後, 仍殘留對人耳與聽力永久影響甚至終生無法復原者, 此永久性傷害可自輕微的損傷至全聾 過量噪音暴露造成聽力損失主要位置為內耳接受器官, 即為基底膜內的柯氏器 故暴露噪音導致基本聽力接受細胞 ( 毛細胞 ) 破壞, 柯氏器的傷害可自溫和的結構變形至崩潰或完全退化 響度大的衝擊性噪音導致柯氏器嚴重震動, 部分被撕裂造成結構損傷, 稱為聽力外傷 長時間暴露於低音壓級噪音導致毛細胞退化, 也會因年紀變老 疾病或藥物造成傷害 16
圖 2-5 柯氏器的受損情形 [2] 17
2.3 聽力特性 2.3.1 聽力特性 聲音逐漸減弱至不能聽見或兩耳在自由音場中剛好可以聽見之最小聲音之音壓級為聽力閾值 (threshold of hearing), 即在此閾值以上的聲音為人耳可以聽見 ; 此閾值以下者, 人耳不能聽見 人之聽力閾值無明顯分界, 通常以 50% 可聽見之最小聲音之音壓級定義為聽力閾值 聽力閾值則取決於聲音之特性 ( 如頻率 ) 聽者特性 ( 面向或背向音源等 ) 及量測時有無背景噪音存在等 如有背景噪音存在時稱為遮蔽閾值 (masked threshold) 18
疼痛閥值 聽覺毛細胞受破壞 140 120 耳朵感官感覺 不舒服閥值 100 音壓級 db 80 60 頻率 <4000 Hz, 頻率越低則聽力閾值越高 40 20 0 4000 Hz 最小聽力閾值 31.5 63 125 250 500 1,000 2,000 4, 000 8,000 16,000 20 2 5 100 2 5 1000 2 5 10, 000 2 頻率, Hz 圖 2-6 人耳聽力感受範圍 [3] 頻率 >4000 Hz, 頻率越高則聽力閾值越高 19
2.3.2 聽力損失 聽力損失 (hearing loss) 是指人耳朵所能聽見聲音最小值的敏感度降低 ( 即聽力閥值的提高 ) 人耳對於不同頻率之聲音敏感度各不相同, 通常對高頻音較敏感而對低頻音較不敏感 由噪音引起之聽力損失最先發生於 4000 Hz 左右 聽覺性效應主要是指噪音引起的聽力損失及心理影響, 主要可分為 : (1) 感音性聽力損失 (sensorineural hearing loss) a. 暫時性聽力損失 (NITTS); b. 永久性聽力損失 (NIPTS); c. 老年性聽力損失 ( 或老年性失聰,presbycusis ) (2) 傳音性聽力損失 (conductive hearing loss) 20
(1) 感音性聽力損失 暫時性聽力損失 (temporary threshold shift,tts): 係指噪音暴露而引起, 降低人耳對微弱聽覺信號的辨別能力, 一般是聽覺疲勞所致, 只要經過適當的休息, 不再暴露在噪音環境就可以恢復正常聽力 TTS 以 db 為單位與時間之對數值呈線性關係, 一般暴露後 16 小時即可完全復元 ; 然而當 TTS 達到 40dB 以上時, 需要數日或數周方可復元,TTS 40 或 50dB 稱為臨界暫時性聽力損失, 超過此值會造成永久性聽力損失 高頻率噪音或噪音之能量集中在一狹窄頻帶範圍, 易造成暫時性聽力損失 間斷性噪音較連續噪音不易造成聽力損失 21
永久性聽力損失 (permanent threshold shift,pts): 指長期處於噪音環境下而引起的聽力損失, 經年齡老化因素校正後仍無法恢復正常者, 是長期刺激累積的結果, 導致毛細胞或柯氏器受損 退化 當內耳神經纖維因萎縮退化結果, 已無法產生聽覺 ; 為 不可逆 及 不可復元 過程 永久性聽力損失可能經由耳朵外傷 服用藥物及耳毒性物質暴露所造成 連續暴露於強大噪音之下過久, 永久性聽力損失便會逐漸顯現 人耳最敏感的頻率範圍為 4000Hz, 故永久性聽力損失會從 4000Hz 處開始產生, 再由兩旁擴展出去 22
老年性聽力損失 ( 或稱老年性失聰,presbycusis) : 由於年齡增長, 生理自然老化所引起的聽力損失 23
噪音暴露風險分類 時量平均音壓級 (db) 82 暴露風險等級與其風險特性 0: 無顯著風險 83-85 1: 有潛在風險 86-90 2: 中等風險 91-95 3: 顯著風險 96-105 4: 不可接受的風險 106 5: 極高的風險 24
(2) 傳音性聽力損失 發生在外耳 中耳, 由外傷或疾病造成的 基本上, 是指聲波由外耳經中耳傳至內耳的過程出了問題, 如聽小骨 鼓膜 前庭膜破裂或中耳積水等即歸為傳音性聽力損失 造成傳音性聽力損失之可能原因 : 1. 疾病引起的傳音性聽力損失, 如遺傳疾病 腦部腫瘤 其他疾病 ( 代謝性疾病等 ) 2. 毒性物質 ( 非職業性或職業性毒性物質 ) 3. 外傷 ( 非職業性或職業性外傷 ) 4. 職業噪音 25
非聽覺性效應 : 指因噪音而引起身體其他器官或系統的失調或異常, 其主要係透過對自主神經系統, 網狀神經系統及大腦皮質的刺激而引起 噪音暴露亦會導致交談溝通障礙 厭煩及工作士氣低落, 甚至引起不舒適感 影響聽力損失的因素 : 1. 噪音量的大小 2. 暴露時間的長短 3. 噪音的頻率特性 4. 個人的差異性 26
2.3.3 聽力測定 暴露於 80 db 以上之噪音環境即有可能造成聽力損失, 基於經濟成本與勞工健康之考量下, 工作日八小時日時量平均音壓級超過 85 db 之作業區為特別危害健康作業之噪音管制區, 事業單位應使勞工實施聽力特殊健康 ( 體格 ) 檢查 美國 OSHA 規定, 年聽力圖與基準聽力圖比較後, 任一耳在 2000 3000 4000Hz 之平均聽力閾值變差達 10 db 以上者 ( 扣除年齡老化效應 ), 稱為標準聽力閾值改變 (standard threshold shift) 聽力測試頻率包含有 500, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 Hz 之純音, 開始測試頻率由 1000Hz 開始, 頻率逐次向上, 待至量測 6000Hz 後, 再回至 1000Hz 及 500Hz 27
力級dB 聽頻率 (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 6000 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 正常聽力 4000 Hz 聽力損失為 25dB, 即比聽力正常的人需大 25dB 才能聽到此頻率的音 圖 2-7 聽力圖及噪音性重聽一例 28
勞工定期檢查之聽力圖例 29
年齡聽力平均閥值分貝(90 0.5 1 2 3 4 6 0.5 1 2 3 4 6 0.5 1 2 3 4 6 dba 18 29 歲 35 43 歲 43 51歲 85 0.5 1 2 3 4 6 0.5 1 2 3 4 6 0.5 1 2 3 4 6 95 )) 0.5 1 2 3 4 6 0.5 1 2 3 4 6 0.5 1 2 3 4 6 頻 率 ( 千赫 圖 2-11 聽力損失與年齡 噪音量 頻率之關係 ( 實線為噪音作業勞工, 虛線為對照組 ) [15] 30
音導致聽力損失平均值(dB) 10 噪0 20 30 40 50 60 26 30 年 暴露時間小於一年 6 10 年 500 1000 2000 4000 700 1400 2800 5000 圖 2-12 Ceypek 對衝擊性噪音研究結果 [16] 8000 31
2.3.4 遮蔽作用 當人耳同時暴露於二個聲音下, 只能聽到較大的聲音, 較小的聲音無法聽見, 稱為較小聲音被較大聲音所遮蔽 (masking) 遮蔽效應可由基底膜機動特性來瞭解, 當兩較窄帶頻寬之聲音其基底膜之最大反應量不重疊, 則腦部可分辨感知為兩種聲音 當兩聲音知中央頻率接近時, 基底膜上之最大反應量部分重疊, 而腦部對此部分難以分辨, 僅能感知較大之激動回應, 亦即只能聽見較大之聲音 故遮蔽作用為當某一聲音存在時, 將導致耳朵對另一聲音聽力閾值的升高, 當兩聲音頻率接近時, 遮蔽作用更為顯著 32
毛細胞激動回應 高頻 感知範圍 ( 最大反應量 ) 重疊 低頻 0 10 基底膜位置 20 mm 30 35 mm 圖 2-9 窄頻寬聲音在基底膜上之回應 ( 注意重疊部份 ) [13] 33
2.3.5 勞工安全衛生法有關噪音之規定 工廠噪音管制法規 ( 勞工安全衛生設施規則 ) 雇主對於發生噪音之工作場所, 應依左列規定辦理 : 1. 勞工工作場所因機械設備所發生之聲音超過 90dB 時, 雇主應採取工程控制 減少勞工噪音暴露時間 2. 勞工噪音暴露工作日八小時日時量平均不超過規定值或相當之劑量值 3. 任何時間不得暴露於峰值超過 140dB 之衝擊性噪音或 115dB 之連續性噪音 4. 勞工八小時日時量平均音壓級超過 85dB 或暴露劑量超過 50% 時, 雇主應使勞工戴用有效之耳塞 耳罩等防音防護具 5. 噪音超過 90dB 之工作場所, 應標示並公告噪音危害之預防事項, 使勞工周知 34
工廠噪音管制法規 ( 勞工安全衛生設施規則 ) 勞工工作日暴露於二種以上之連續性或間歇性音壓級之噪音時, 其暴露劑量 (D) 之計算方法為 : D t 1, t 1 2 T, T, t 2 t T 1 1 t T n, T 2 2 : 相對音壓位準之實際暴露時間 n t... T n n : 相對音壓位準之容許暴露時間 D 大於 1 時, 即屬超出容許暴露劑量 測定勞工八小時日時量平均音壓級時, 應將 80dB 以上之噪音以增加 5dB 降低容許暴露時間一半之方式納入計算 35
噪音音壓級與工作日容許暴露時間 工作日容許暴露時間 ( 小時 ) 噪音音壓級 ( 分貝 ) 8 90 6 92 4 95 5dB 減半原則 3 97 每增加 5dB 時, 2 100 容許暴露時間減半 1 105 1/2 110 1/4 115 噪音劑量 100% 36
工廠噪音管制法規 ( 勞工作業環境測定實施辦法 ) 勞工噪音暴露工作日八小時日時量平均音壓級在八十五分貝以上之作業場所, 應每六個月測定噪音一次以上 測定結果依下列規定記錄, 並保存三年 : 1. 測定時間 ( 年 月 日 時 ) 2. 測定方法 3. 測定處所 4. 測定條件 5. 測定結果 6. 測定人員姓名 ( 含資格文號及簽名 ), 委託測定時需包含測定機構名稱 7. 依據測定結果採取之必要防範措施事項 37
工廠噪音管制法規 ( 勞工健康保護規則 ) 噪音在 85dB 以上之作業稱為特別危害健康之作業, 應於其受僱或變更其作業時, 實施各該特定項目之特殊體格檢查與每年的定期特殊健康檢查 具有心血管疾病 聽力異常者, 不適合從事噪音作業 特殊體格及健康檢查紀錄, 應至少保存十年 38