防音耳罩性能及舒適性整合測試機台之設計製作與可調整濾波式防音 ...

防 音 耳 罩 性 能 及 舒 適 性 整 合 測 試 機 台 之 設 計 製 作 與 可 調整 濾 波 式 防 音 耳 罩 之 研 發-Proposal-Presented by :游 景 鈺碩 士 生指 導 教 授 :徐 業 良教 授2003-1-10

簡 介噪 音 的 影 響生 理 方 面 : 長 久 在 音 量 八 十 五 分 貝 以 上 , 會 引 起 聽 力 障 礙 ,其 造 成 的 聽 力 損 失 為 不 可 逆 之 傷 害 。心 理 方 面 : 音 量 超 過 五 十 分 貝 以 上 , 就 可 能 造 成 睡 眠 影 響 、腦 波 變 化 或 厭 惡 感 。防 治 噪 音 的 方 式噪 音 源 的 控 制噪 音 傳 導 途 徑 的 控 制減 少 受 音 者 對 噪 音 的 暴 露在 工 業 噪 音 的 防 制 上 , 又 以 配 戴 防 音 防 護 具 為 最 經 濟 的 解 決 方 式

簡 介特 殊 防 音 技 術 簡 介振 幅 感 度 式 防 音 技 術 ( Amplitude sensitive technology )功 能 : 依 照 不 同 的 噪 音 音 壓 值 改 變 其 遮 音 效 果 。主 動 式 噪 音 控 制 ( Active noise control technology )功 能 : 改 善 傳 統 防 音 防 護 具 對 低 頻 噪 音 隔 音 較 弱 的 缺 點 。濾 波 式 防 音 耳 罩功 能 : 突 顯 人 聲 頻 帶 內 的 聲 音 。

簡 介影 響 勞 工 佩 戴 防 音 防 護 具 的 因 素排 序 選 項 人 數 百 分比1 不 易 與 旁 人 對 話 149 53.42 有 壓 迫 感 110 39.43 發 癢 94 33.74 髒 污 83 29.75 有 悶 熱 感 72 25.86 易 滑 動 或 脫 落 66 23.77 有 異 物 感 63 22.68 引 起 耳 鳴 53 19.09 防 音 效 果 不 佳 53 19.09 音 質 改 變 36 12.910 影 響 工 作 活 動 35 12.5排 序 選 項 人 數 百 分比11 影 響 工 作 活 動 149 53.412 接 觸 部 分 太 硬 110 39.413 易 變 形 老 化 94 33.714 會 引 起 頭 痛 83 29.715 無 任 何 不 舒 適 感 覺 72 25.816 其 他 66 23.7[ 防 音 防 護 具 舒 適 性 能 評 估 研 究 , 2001]

研 究 目 的濾 波 式 防 音 耳 罩 之 設 計 製 作 :解 決 佩 戴 防 音 防 護 具 不 易 與 人 對 話 的 缺 點 , 提高 勞 工 佩 戴 意 願 , 防 止 聽 力 損 失 。防 音 耳 罩 防 音 性 能 及 舒 適 性 整 合 測 試 機 台 之 設 計 製 作鑒 於 舒 適 性 沒 有 客 觀 的 標 準 , 將 設 計 製 作 一 防音 耳 罩 防 音 與 舒 適 性 測 試 機 台 , 使 廠 商 以 及 非專 業 測 試 人 員 得 以 簡 便 、 快 速 的 測 試 防 音 防 護具 , 以 利 選 購 或 更 換 防 音 能 力 衰 減 之 防 音 防 護具 。

研 究 規 劃

濾 波 式 防 音 技 術 分 析濾 波 式 防 音 技 術 概 念 圖

濾 波 式 防 音 技 術 分 析濾 波 式 防 音 技 術 模 擬 (Matlab Simulink) )

濾 波 式 防 音 技 術 分 析模 擬 結 果 (1)車 床 噪 音 樣 本6th OrderHfc=200Lfc=1200Hz鑽 床 噪 音 樣 本6th OrderHfc=200Lfc=1500Hz

濾 波 式 防 音 技 術 分 析模 擬 結 果 討 論濾 波 效 果經 過 以 上 實 驗 , 濾 波 防 音 技 術 雖 無 法 濾 除 人 聲 頻 帶 的 噪 音 , 達到 濾 除 所 有 噪 音 、 只 保 留 人 聲 的 效 果 , 然 而 就 突 顯 人 聲 、 減 低 噪 音而 言 , 仍 然 有 相 當 的 效 果 , 於 噪 音 頻 帶 遠 離 人 聲 交 談 頻 帶 的 噪 音 環境 , 其 效 果 更 為 顯 著 , 而 濾 波 器 的 階 數 提 高 有 助 於 濾 波 效 果 的 提 升 。截 斷 頻 率 的 調 整實 驗 中 截 斷 頻 率 初 始 的 設 定 在 高 通 500 與 低 通 2500Hz, 然 而 實 際上 聆 聽 的 結 果 發 現 這 並 不 是 最 理 想 的 濾 波 頻 帶 , 截 斷 頻 率 應 依 各 種 噪音 性 質 的 不 同 、 使 用 者 聽 力 的 強 弱 等 因 素 來 制 定 , 因 此 截 斷 頻 率 應 採可 調 整 式 設 計 , 以 符 合 各 種 噪 音 環 境 使 用 。

濾 波 技 術 分 析類 比 濾 波被 動 式 濾 波優 點 : 不 需 電 源 、 元 件 少 、 價 格 低 廉缺 點 : 高 階 電 路 不 易 設 計 、 截 斷 頻 率 無 法 獨 立 調 整主 動 式 濾 波優 點 : 具 串 接 性 , 可 由 多 個 低 階 濾 波 器 串 接 成 高 階 濾 波 器 、不 需 電 感 、 具 有 增 益 , 整 合 型 IC 可 達 成 體 積 小 之 高 階濾 波 器 。缺 點 : 高 階 濾 波 之 截 斷 頻 率 無 法 獨 立 調 整 、 需 電 源 、 元 件 較多 、 高 階 電 路 需 多 個 運 算 放 大 器 。

濾 波 技 術 分 析Switched-Capacitor 濾 波 器原 理 : 以 一 組 電 閘 與 一 個 電 容 組 成 , 用 以 代 替 電 阻 , 其 等 效 組 抗 值 可由 其 電 閘 速 度 決 定 , 實 際 的 Switched-capacitor 濾 波 IC 就 是 以Switched-Capacitor 電 路 取 代 電 阻 , 並 與 運 算 放 大 器 組 成 積 分器 , 達 成 各 種 高 階 濾 波 轉 移 函 數 。優 點 : 整 合 型 高 階 濾 波 IC、 體 積 小 、 截 斷 頻 率 獨 立 控 制 、 具 串 接 性 、外 部 元 件 需 求 少 、 準 確 、 應 用 廣 泛 。缺 點 : 需 輸 入 一 時 脈 控 制 截 斷 頻 率 、 需 電 源 。

濾 波 技 術 分 析數 位 濾 波優 點 : 準 確 、 應 用 廣 泛 、 性 能 較 不 受 限 、 可 程 式 化 使 其 控 制較 為 容 易 。缺 點 : 價 格 昂 貴 、 處 理 複 雜 演 算 時 可 能 造 成 延 遲 。

濾 波 式 防 音 耳 罩 設 計 製 作設 計 需 求舒 適 化 設 計提 高 舒 適 性 、 增 加 勞 工 佩 戴 意 願 。可 調 整 之 濾 波 頻 率 範 圍適 應 多 種 噪 音 場 合電 子 濾 波 式 耳 罩 模 組 化 設 計電 子 濾 波 式 耳 罩 模 組 化 設 計適 合 裝 置 於 一 般 耳 罩

濾 波 式 防 音 耳 罩 設 計 製 作所 需 功 能 模 組放 大 電 路需 求 為 體 積 小 、 低 雜 訊 、 價 格 低 廉 、 低 耗 電 量之 音 訊 專 用 放 大 器 。濾 波 電 路需 求 為 體 積 小 、 價 格 低 廉 , 與 高 階 濾 波 的 效 能 。可 調 整 截 斷 頻 率 ( 可 調 整 式 脈 波 產 生 器 )需 求 為 高 頻 率 50% duty cycle 方 波 輸 出 (600kHz 以 上 )、 價 格 低 廉 、 波 形 穩 定 。輸 入 與 輸 出輸 入 與 輸 出需 求 為 體 積 小 、 價 格 低 廉 。

濾 波 式 防 音 耳 罩 設 計 製 作設 計 概 念 圖 與 製 作 完 成 圖

濾 波 式 防 音 耳 罩 設 計 製 作濾 波 式 防 音 耳 罩 完 成 圖電 池小 型 喇 叭濾 波 、 音 量 調 整 旋 紐濾 波 電 路 、 放 大 電 路

防 音 防 護 具 整 合 型 測 試 機 台 設 計防 音 防 護 具 舒 適 性 測 試 機夾 緊 力 測 試散 熱 性 測 試密 合 度 測 試防 音 防 護 具 防 音 性 能 測 試 機插 入 損 失 測 試

防 音 耳 罩 舒 適 性 整 合 測 試 機 台 簡 介硬 體 介 面 簡 介夾 緊 力 模 組電 源放 大 電 路散 熱 性 模 組放 大 電 路PC電 源溫 度 控 制 器架 撐 模 型資 料 處 理密 合 度 模 組進 氣 sensor氣 壓 幫 浦電 源排 氣 sensor【 參 考 資 料 : 防 音 防 護 具 舒 適 性 能 研 究 ,2000】

防 音 防 護 具 防 音 性 能 測 試 規 範主 觀 測 定 法 (Subject method)測 試 訊 號 需 為 粉 紅 噪 音 經 八 音 階 濾 波 器 濾 波 後 播 放測 試 環 境 為 擴 散 音 場 , 迴 響 時 間 需 小 於 1.6 秒以 真 人 為 測 試 媒 介客 觀 測 定 法 (Object method)測 試 訊 號 與 主 觀 法 相 同測 試 環 境 為 擴 散 音 場以 聲 學 試 驗 頭 型 (ATF ,acoustic test fixture ) 為 測 試 媒 介測 試 速 度 較 快 、 測 試 成 本 較 低 , 但 不 可 用 於聽 力 保 護 計 畫 中 , 評 估 防 音 防 護 具 的 遮 音 能力 , 主 要 用 於 產 品 檢 驗 。

防 音 耳 罩 性 能 測 試 機 台 之 設 計 製 作性 防 音 耳 罩 性 能 測 試 模 組 設 計 概 念

防 音 耳 罩 性 能 測 試 機 台 之 設 計 製 作聲 學 測 試 頭 型參 考 CNS 之 標 準 設 計 。需 與 舒 適 性 測 試 機 台 架 撐 模 型 整 合+

防 音 耳 罩 性 能 測 試 機 台 之 設 計 製 作粉 紅 噪 音 產 生 器粉 紅 噪 音 係 指 一 包 含 可 聽 範 圍 內 所 有 頻 率 的 混 合 噪 音 ,而 其 訊 號 強 度 則 隨 頻 率 上 升 而 降 低 , 約 每 間 隔 一 八 音度 頻 帶 降 低 3dB實 際 之 作 法 則 以 白 色 噪音 通 過 一 -3dB/octave 濾波 器 達 成

防 音 耳 罩 性 能 測 試 機 台 之 設 計 製 作八 音 度 頻 帶 濾 波 器兩 個 相 鄰 頻 帶 之 中 心 頻 率 比 為 2 之 頻 帶 稱 為 八 音 度 頻 帶 , 在插 入 損 失 測 試 中 為 中 心 頻 率 為 63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz。藉 由 濾 波 器 設 計 軟 體 Filter CAD 計 算 , 實 際 所 需 為 一 八 階 帶通 濾 波 器 , 實 際 以 串 接 兩 組 市 售 濾 波 IC LMF100 達 成 , 下表 與 下 圖 為 CNS 制 定 規 格 與 實 際 測 試 性 能 曲 線 。頻 率 範 圍 I 型 衰 減 量 II 型 衰 減 量通過 F 4C2 以 上 、 42 FC以 下 -0.5~1dB 以 內頻帶-0.5~6dB 以 內F 2 以 上 、 2 F C 以 下衰減頻帶CFC2 、 2 F C9dB 18dBFC4 、 4 F C- 40dBFC5 、 5 F C33dBFC8 、 8 F C- 60dBFC10 、 10 F C45dB100-10-20-30-40-50-60-70-801/8 1/4 1/2 0.707 1 1414 1.414 2 4 8

防 音 耳 罩 性 能 測 試 機 台 之 設 計 製 作頻 帶 控 制 模 組由 程 式 輸 入 二 進 位 控 制 碼 , 經 多 工 器 控 制 LMC555 產 生特 定 時 脈 、 以 控 制 濾 波 IC 產 生 各 種 特 定 之 濾 波 中 心 頻 率 。

防 音 耳 罩 性 能 測 試 模 組 性 能 驗 證實 際 成 品 與 重 複 性 測 試 結 果夾 緊 力 平 均 值 11.79標 準 差 0.1853變 異 係 數 1.58%散 熱 性 平 均 數 30.4密 合 度插 入 損 失標 準 差 052 0.52變 異 係 數 1.71%平 均 值 11.04標 準 差 040 0.40變 異 係 數 3.63%背 景 噪 音 測 試56dB擴 散 音 場 性 能 測 試 上 下 左 右 前 後 中 心(1kHz-90dB) 90.5 91.7 89.6 91.0 90.2 92.1 90.2頻 帶 (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000平 均 值 11.53 11.89 12.84 29.63 30.83 31.38 32.76 26.70標 準 差 1.14 0.93 1.16 0.97 1.76 0.98 0.66 1.34變 異 係 數 9.93% 7.81% 9.04% 3.26% 5.71% 3.11% 2.02% 5.01%

可 調 整 濾 波 式 防 音 耳 罩 性 能 驗 證插 入 損 失 測 試30.0025.00插入損失20.0015.0010.005.000.00濾 波 功 能 關 閉Fc=1000HzFc=2000Hz63 125 250 500 1000 2000 4000 8000八 音 度 頻 帶 (Hz)

可 調 整 濾 波 式 防 音 耳 罩 性 能 驗 證可 調 整 濾 波 式 防 音 耳 罩 性 能 驗 證實 際 濾 波 效 果 測 試 – 僅 人 說 話 聲 、 無 施 加 噪 音

可 調 整 濾 波 式 防 音 耳 罩 性 能 驗 證實 際 濾 波 效 果 測 試 – 人 說 話 聲 且 施 加 2kHz 頻 帶 之 粉 紅 噪 音

可 調 整 濾 波 式 防 音 耳 罩 性 能 驗 證實 際 濾 波 效 果 測 試 – 人 說 話 聲 且 施 加 4kHz 頻 帶 之 粉 紅 噪 音

結 論可 調 整 濾 波 式 防 音 技 術 可 改 變 防 音 耳 罩 之 頻 帶 - 聲 衰 減 值 曲 線 , 在 特 定高 頻 率 噪 音 環 境 下 可 達 到 減 低 噪 音 、 突 顯 人 聲 的 效 果 。可 調 整 式 防 音 技 術 對 於 人 聲 頻 帶 內 之 噪 音 仍 無 法 消 除 。本 研 究 對 可 調 整 濾 波 式 防 音 技 術 之 實 驗 結 果 雖 不 能 代 表 實 際 且 主 觀 之聽 覺 感 受 , 但 本 研 究 按 照 客 觀 的 實 驗 方 法 所 提 供 之 結 論 仍 可 作 為 相 當可 靠 可 信 之 客 觀 參 考 。進 行 防 音 耳 罩 之 插 入 損 失 試 驗 時 應 儘 可 能 降 低 環 境 噪 音 , 以 獲 得 最 準確 之 實 驗 結 果

未 來 展 望濾 波 性 能 提 升可 調 整 濾 波 式 防 音 耳 罩 商 品 化 設 計防 音 耳 罩 整 合 型 測 試 機 台 自 動 化 設 計