楊宜謙

（中國(guó)鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081）

交通（含鐵路、城市軌道交通和公路）、施工（含基礎(chǔ)挖掘、隧道開鑿、打樁、強(qiáng)夯、爆破等）、工業(yè)、地震引起的振動(dòng)通過大地和建筑結(jié)構(gòu)（墻、柱和樓板）傳播到附近的建筑物[1－5].這些振動(dòng)源的特征不同：連續(xù)或不完全連續(xù)振動(dòng)，如工業(yè)類；永久性的間歇振動(dòng)，如交通類；有限持續(xù)時(shí)間的（非永久性的、獨(dú)立的或偶發(fā)的）振動(dòng)，如施工類[2]。人們對(duì)不同振源的感受是不同的[2]。

人體全身振動(dòng)的感知閾值在制訂環(huán)境振動(dòng)和建筑物室內(nèi)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)很重要。而精密儀器設(shè)備、精密加工、地震學(xué)、火山學(xué)更關(guān)注低于感知閾值的振動(dòng)[3，5]，而引起建筑物損傷的振動(dòng)水平一般要遠(yuǎn)高于人體振動(dòng)感知閾值[4]。

許多國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)表明，只要居住建筑的振動(dòng)稍微超過人的感知水平時(shí)，就會(huì)引起居住者產(chǎn)生不滿（這與噪聲有明顯區(qū)別）。人對(duì)建筑物內(nèi)振動(dòng)的反應(yīng)很復(fù)雜，人對(duì)振動(dòng)的感知有時(shí)并非來自振動(dòng)本身，而是來自振動(dòng)的二次影響，例如：結(jié)構(gòu)噪聲；家具、窗戶、裝飾物和建筑附屬設(shè)施發(fā)出的嘎嘎聲；視覺影響（如葉子的擺動(dòng)、室內(nèi)物品的移動(dòng)、懸掛物體的晃動(dòng)）所引起的。人對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)多種多樣，包括睡眠障礙、危害精細(xì)活動(dòng)、煩惱、煩躁和恐懼[1－2，4－7]。

大量實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，振動(dòng)感知閾值的個(gè)體間差異和個(gè)體內(nèi)差異較大[8－12]，個(gè)體間差異約為2∶1[5]。個(gè)體覺察振動(dòng)的敏感性受許多內(nèi)部和外部因素的影響：振動(dòng)大小、頻率和持續(xù)時(shí)間、姿勢(shì)（坐、站、臥）、方向（垂向、水平向、旋轉(zhuǎn)）、接振位置（手、座椅、腳、背）、活動(dòng)（休息、閱讀、視覺）、振動(dòng)發(fā)生的頻繁程度、環(huán)境噪聲、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等。

根據(jù)分析方法的不同，振動(dòng)感知閾值可分為兩類：絕對(duì)閾值和差別閾限。

本文綜述了全身振動(dòng)感知閾值的標(biāo)準(zhǔn)和指南以及實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究的進(jìn)展情況，并進(jìn)行了對(duì)比分析。介紹了感知機(jī)理、絕對(duì)閾值、差別閾限和描述符，分析了頻率、姿勢(shì)、方向、持續(xù)時(shí)間、性別、年齡和噪聲對(duì)感知閾值的影響。

1 振動(dòng)感知的機(jī)理

人體沒有一個(gè)單獨(dú)的振動(dòng)感覺器官，而是將視覺、前庭覺、軀體覺和聽覺系統(tǒng)的信號(hào)組合起來感覺振動(dòng)，其中的任一個(gè)系統(tǒng)都可以以不止一種的方式感覺振動(dòng)。

對(duì)于大位移、低頻振動(dòng)，人們可以通過視網(wǎng)膜上物體相對(duì)位置的變化而清晰地看見運(yùn)動(dòng)。視覺系統(tǒng)也可以在振動(dòng)環(huán)境中通過觀察其他物體的運(yùn)動(dòng)來感覺振動(dòng)。例如：汽車的后視鏡的振動(dòng)導(dǎo)致圖像模糊；窗簾和電燈的搖擺；飲料表面出現(xiàn)波紋。另外，眼球會(huì)在30～80Hz發(fā)生共振，引起視覺模糊[13]。

前庭是內(nèi)耳中保持平衡的器官，由三個(gè)半規(guī)管和球囊、橢圓囊組成，其中均充滿著內(nèi)淋巴液，均屬于靜態(tài)平衡。利用內(nèi)淋巴液的慣性，三個(gè)半規(guī)管感知身體旋轉(zhuǎn)的角加速度，球囊和橢圓囊分別感知垂向和水平向直線加速度，球囊和橢圓囊統(tǒng)稱為耳石器官。半規(guī)管是三個(gè)互相垂直的半圓形小管，代表空間的三個(gè)面，當(dāng)頭旋轉(zhuǎn)時(shí)，內(nèi)淋巴液因慣性而向與旋轉(zhuǎn)相反的方向移位，使得膠質(zhì)性的終帽發(fā)生彎曲變形，刺激毛細(xì)胞及其基部的神經(jīng)末梢。在耳石膜中的鈣質(zhì)耳石晶體附著在膠質(zhì)覆膜上，比周圍組織重，因此在直線加速度時(shí)會(huì)發(fā)生位移，導(dǎo)致毛細(xì)胞的纖毛束轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生感覺信號(hào)。

軀體系統(tǒng)可以分為三部分：運(yùn)動(dòng)覺、內(nèi)臟的和膚覺。運(yùn)動(dòng)覺采用分布在關(guān)節(jié)、肌肉和肌腱中的本體感受器的信號(hào)反饋給大腦。類似地，內(nèi)臟感覺采用腹部的感受器。膚覺由皮膚內(nèi)的四類神經(jīng)末梢組合反應(yīng)組成。皮膚由表皮和真皮構(gòu)成。Ruffini末梢分布在真皮中，感受高頻振動(dòng)（100～500 Hz）和側(cè)面拉伸、壓力。Pacinian小體也分布在真皮中，感受40～400Hz頻率范圍的振動(dòng)。Merkel盤分布在表皮中，感受頻率低于5Hz的垂直壓力。Meissner小體也分布在表皮中，感受5～60Hz的振動(dòng)。

最后是聽覺系統(tǒng)。在大多數(shù)交通工具中，暴露于瞬態(tài)振動(dòng)和沖擊時(shí)可以聽到交通工具結(jié)構(gòu)輻射的聲音。20Hz以上的振動(dòng)物體表面起到了揚(yáng)聲器的作用，直接擾動(dòng)空氣，導(dǎo)致人耳產(chǎn)生聽覺感知。人體感知的聲音還有一種途徑，即振動(dòng)通過顱骨傳遞到聽覺神經(jīng)而產(chǎn)生感知，人“聽見”傳到顱骨的振動(dòng)的閾值只相當(dāng)于皮膚振動(dòng)感知閾值的大約1／10[11]。

2 絕對(duì)閾值

2.1 基于加速度的感知閾值

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 2631-1：1985[8]指出，垂向和水平向振動(dòng)的感知閾值約為0.01m／s2計(jì)權(quán)均方根值，許多人的個(gè)體閾值可能更低。

英國(guó)標(biāo)準(zhǔn) BS 6841：1987[10]指出，50%的警覺、健康的人可以覺察到峰值大約為0.015m／s2計(jì)權(quán)振動(dòng)（對(duì)于正弦振動(dòng)，這約等于0.01m／s2均方根值[5，7]），當(dāng)中值的感知閾值大約為0.015m／s2時(shí)，反應(yīng)的四分位可擴(kuò)展到約0.01～0.02m／s2。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的閾值可同時(shí)適用于垂向和水平向振動(dòng)[5]。

ISO 2631-1：1997[9]指出，50%的警覺、健康的人可以覺察到峰值為0.015m／s2的Wk計(jì)權(quán)垂向振動(dòng)，當(dāng)中值的感知閾值大約為0.015m／s2時(shí)，反應(yīng)的四分位可擴(kuò)展到約0.01～0.02m／s2。

BS 6472-1：2008[4]指出，50%的處于站姿或坐姿的典型人群可以覺察到峰值為0.015m／s2的Wb計(jì)權(quán)垂向振動(dòng)，反應(yīng)的四分位可擴(kuò)展到約0.01～0.02m／s2。

BS 6472：1992[7]和BS 6472-1：2008指出，對(duì)于垂向和水平向的連續(xù)振動(dòng)，感知閾值的 VDV為0.2m／s1.75。

德國(guó)工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn) VDI 2057Blatt1：2002[14]給出的感知閾值見表1所示。

表1 振動(dòng)大小和感知 （正弦振動(dòng)）

需要注意的是，ISO、英國(guó)和德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的頻率計(jì)權(quán)曲線是有差別的，而且BS6472：1992與BS 6472-1：2008的計(jì)權(quán)方向有差別。

ISO 2631-2：1989[1]、BS 6472：1984[6]和 BS 6472：1992給出了建筑物內(nèi)1～80Hz的振動(dòng)加速度和速度基礎(chǔ)曲線（加速度基礎(chǔ)曲線見圖1，速度基礎(chǔ)曲線見圖4），三本標(biāo)準(zhǔn)的垂向和水平向的基礎(chǔ)曲線是一樣的，但倍乘系數(shù)有細(xì)微差異。另外ISO 2631-2：1989還給出了組合向的基礎(chǔ)曲線。當(dāng)振動(dòng)位于基礎(chǔ)曲線以下時(shí)，一般而言，居住者對(duì)振動(dòng)沒有負(fù)面評(píng)論、感覺、抱怨[1]或抱怨低[6－7]?；A(chǔ)曲線不考慮結(jié)構(gòu)噪聲。雖然ISO 2631-2：1989的替代版本ISO 2631-2：2003[2]刪除了基礎(chǔ)曲線，但是美國(guó)、法國(guó)、瑞典、中國(guó)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中仍然采用基礎(chǔ)曲線。

從圖1中的加速度基礎(chǔ)曲線可以看出，垂向加速度在4～8Hz最敏感，為0.005m／s2均方根值；水平向和組合向加速度在1～2Hz最敏感，為0.0036m／s2均方根值。意大利標(biāo)準(zhǔn)UNI 9614：1990[15]將垂向計(jì)權(quán)加速度均方根值0.005m／s2和水平向0.0036m／s2認(rèn)定為感知閾值。日本建筑研究所標(biāo)準(zhǔn)AIJES-V001：2004[16]提出的基于最大垂向均方根加速度的V-10曲線比加速度基礎(chǔ)曲線略高，10表示感知概率為10%。

圖1 建筑物內(nèi)振動(dòng)加速度基礎(chǔ)曲線

建筑物內(nèi)振動(dòng)的人體反應(yīng)滿意值是基礎(chǔ)曲線乘以倍乘系數(shù)。倍乘系數(shù)取決于建筑物的使用功能類型和振動(dòng)是連續(xù)的（大于16h／d）、間歇的或沖擊振動(dòng)（持續(xù)時(shí)間＜2s）。ISO 2631-2：1989的倍乘系數(shù)見表2所示，BS 6472：1984、BS6472：1992的細(xì)微差異見表2的注。倍乘系數(shù)的范圍從連續(xù)振動(dòng)的1（關(guān)鍵性工作區(qū)，例如醫(yī)院手術(shù)室、精密實(shí)驗(yàn)室）到瞬態(tài)振動(dòng)的128（辦公室、車間）。

表2 建筑物振動(dòng)的人體反應(yīng)滿意值的倍乘系數(shù)[1，6－7]

基礎(chǔ)曲線與感知閾值在形狀上有所不同[7]。對(duì)ISO 2631-2：1989和BS 6841：1987的感知閾值（計(jì)權(quán)均方根加速度0.01m／s2）分別按照各自的計(jì)權(quán)曲線進(jìn)行反計(jì)權(quán)，可得到各自的未計(jì)權(quán)的感知閾值曲線。

在垂向，未計(jì)權(quán)的感知閾值曲線與基礎(chǔ)曲線乘以2（居住建筑晝間的下限）進(jìn)行比較可以看出（圖2）：BS 6841：1987中，兩者在4～8Hz是重合的；在1～4Hz，后者比前者低；在8～80Hz，后者比前者高；ISO 2631-2：1989中，兩條曲線是重合的。

圖2 垂向閾值曲線與基礎(chǔ)曲線乘以2

在水平向，未計(jì)權(quán)的感知閾值曲線與基礎(chǔ)曲線乘以2進(jìn)行比較可以看出（圖3），后者低于前者。

圖3 水平向閾值曲線與基礎(chǔ)曲線乘以2

美國(guó)環(huán)境科學(xué)技術(shù)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEST-RP-CC 012.2：2007[17]在規(guī)定安裝精密儀器、振動(dòng)敏感設(shè)備的潔凈室振動(dòng)要求時(shí)，對(duì)比分析了ISO2631-2：1989，并對(duì)其倍乘系數(shù)進(jìn)行了振動(dòng)感覺描述。美國(guó)聯(lián)邦鐵路管理局FRA（2005）[18]的噪聲和振動(dòng)影響評(píng)價(jià)指南引用了該標(biāo)準(zhǔn)1993版的描述，并進(jìn)行了補(bǔ)充，見表3所示。

ISO 6897：1984[19]和 BS 6611：1985[20]是兩部技術(shù)等同的標(biāo)準(zhǔn)，給出了高層建筑或固定式海洋結(jié)構(gòu)物的低頻水平向振動(dòng) （0.063～1Hz）的評(píng)價(jià)指南。這兩部標(biāo)準(zhǔn)給出了五年一遇的暴風(fēng)持續(xù)10min時(shí)的建筑物振動(dòng)滿意值，0.063Hz時(shí)為0.0815m／s2均方根值，1Hz時(shí)減小為0.026m／s2均方根值。這些值并沒有考慮由視覺和聽覺感受的振動(dòng)。

表3 建筑物內(nèi)振動(dòng)和感覺

2.2 基于速度的感知閾值

圖4是ISO 2631-2：1989、BS 6472：1984和 BS 6472：1992給出的建筑物內(nèi)1～80Hz的振動(dòng)速度基礎(chǔ)曲線?？梢钥闯觯瓜蛩俣仍?～80Hz最敏感，為均方根值0.0995mm／s；水平向速度在2～80Hz最敏感，為均方根值0.287mm／s；組合向速度在8～80Hz最敏感，為均方根值0.0995mm／s。

圖4 建筑物內(nèi)振動(dòng)速度基礎(chǔ)曲線

美國(guó)聯(lián)邦交通管理局FTA[21]和聯(lián)邦鐵路管理局FRA（2005）的噪聲和振動(dòng)影響評(píng)價(jià)指南采納Tokita[22]、Nelson和Saurenman[23]的研究成果，指出：雖然感知閾值大約為0.045mm／s未計(jì)權(quán)均方根值，但是當(dāng)振動(dòng)不超過0.08mm／s時(shí)，人對(duì)振動(dòng)的反應(yīng)通常不會(huì)太明顯。當(dāng)居住建筑的振動(dòng)達(dá)到0.143mm／s，且每小時(shí)的振動(dòng)事件大于4次時(shí)，大多數(shù)人會(huì)煩惱，是不能接受的。如果居住建筑的振動(dòng)達(dá)到0.452mm／s，大多數(shù)人會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)而產(chǎn)生強(qiáng)烈不滿，除非每天的振動(dòng)事件不超過70次。

BS 5228-2：2009[24]指出，振動(dòng)感知閾值的速度峰值的典型范圍是0.14～0.3mm／s，見表4所示，采用振動(dòng)速度峰值的原因容易測(cè)量。

表4 振動(dòng)大小和感覺[24]

德國(guó)標(biāo)準(zhǔn) DIN 4150-2：1999[25]指出，對(duì)于大多數(shù)人，感知閾值的KBFmax值在0.1～0.2之間，當(dāng)KBFmax達(dá)到0.3時(shí)，人在家休息時(shí)可以清晰地感知振動(dòng)，因此是不舒適的。Steinhauser和Steinhauser[26]給出了Wm計(jì)權(quán)振動(dòng)加速度aw（mm／S2）與KB（無量綱）的比例關(guān)系：KB＝0.028·aw（注意，aw的時(shí)間常數(shù)是1s，而KB是0.125s）。因此，KB＝0.1時(shí)，aw＝0.00357m／s2；KB＝0.2時(shí)，aw＝0.00714m／s2。

3 差別閾限（最小可覺差）

1846年，心理物理學(xué)的奠基者德國(guó)教授E.H.Weber在研究肌肉的感覺機(jī)能對(duì)于輕重不同的重物能分辨到什么程度時(shí)，用3套不同重量的重物對(duì)4個(gè)被試者進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)辨別不是取決于2個(gè)重物重量差異的絕對(duì)值，而是取決于這一絕對(duì)值與標(biāo)準(zhǔn)重量值的比例。也就是說刺激差別量與標(biāo)準(zhǔn)刺激之比必須達(dá)到一定的大小，才能引起差別感覺。這個(gè)比例雖然隨著被試的感覺道不同而變化，但對(duì)于一定的感覺道來說卻是一個(gè)小于1的常數(shù)，因此可以為每一種感官確定這一常數(shù)。該理論被大量實(shí)驗(yàn)證明，并廣泛應(yīng)用到人的各種感覺道的差別閾限的研究。這一表明心理量和物理量之間關(guān)系的定律被稱為Weber定律。Weber定律用公式表示為：ΔI／I＝k，其中 ΔI為刺激的差別閾限或最小可覺差（JND），I為標(biāo)準(zhǔn)刺激強(qiáng)度或原刺激強(qiáng)度，k為Weber分?jǐn)?shù)或 Weber比例。差別閾限的定義是剛剛能引起差別感覺的刺激之間的最小強(qiáng)度差。差別閾限的操作性定義是有50%的次數(shù)能覺察出差別、50%的次數(shù)不能覺察出差別的刺激強(qiáng)度的增量[27]。

振動(dòng)的差別閾限的研究不多。Mansfield和Griffin[28]研究了在各種公路刺激下的模擬汽車內(nèi)坐姿振動(dòng)，差別閾限約為13%。Morioka和Griffin[29]測(cè)量了坐姿被試者暴露于垂向正弦振動(dòng)，測(cè)試分為2種振動(dòng)大?。?.1m／s2和0.5m／s2均方根值）和2個(gè)頻率（5Hz和20Hz），發(fā)現(xiàn) Weber分?jǐn)?shù)在10%左右，與振動(dòng)大小和頻率沒有明顯關(guān)系。Bellmann[30]測(cè)量了暴露于垂向振動(dòng)的被試者，加速度為0.063m／s2，頻率為5～50Hz，發(fā)現(xiàn)Weber分?jǐn)?shù)的中位數(shù)是19%，且與頻率無關(guān)。Matsumoto等[31]發(fā)現(xiàn)，對(duì)于 6個(gè)頻 率（4Hz、8Hz、16 Hz、31.5Hz、63Hz和80Hz）、均方根值0.7m／s2的振動(dòng)，Weber分?jǐn)?shù)較低（5.2%～6.5%）。這些研究結(jié)果的明顯差異可能是由于不同的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)范圍造成的。

Said等[32]在實(shí)驗(yàn)室中用20名被試者（10名男性和10名女性）研究了在噪聲環(huán)境中的振動(dòng)辨別能力。在3種聲級(jí)下（30dB（A）以下、45dB（A）和55dB（A）），20名參與者承受兩種振動(dòng)刺激：基準(zhǔn)振動(dòng)和高25%的對(duì)比振動(dòng)，要求回答“相同”或“不同”。振動(dòng)基準(zhǔn)大小分四種，其KBFmax值分別為0.2、0.4、0.8和1.6。敏感度指標(biāo)d’在0.96和1.2之間，這表示回答正確的比例在56%和60%之間[33]。但是強(qiáng)調(diào)KBFmax值增加25%不一定導(dǎo)致KBFTr值增加25%。背景噪聲級(jí)越低，越多的人能覺察到振動(dòng)的25%變化量（2dB）。

4 振動(dòng)感知的頻率差異

頻率計(jì)權(quán)適用于在人體接觸面測(cè)量的振動(dòng)。在多數(shù)情況下，頻率高于10Hz的振動(dòng)被椅子、床等減小，但是低于10 Hz的振動(dòng)卻被放大。如果在樓板上測(cè)量振動(dòng)，但振動(dòng)暴露卻是經(jīng)由椅子或床，這時(shí)頻率計(jì)權(quán)可能在高頻范圍過于嚴(yán)格[10]。

對(duì)于全身振動(dòng)，目前ISO和各國(guó)使用的頻率計(jì)權(quán)出自于以下標(biāo)準(zhǔn)：ISO 2631-1：1985、ISO 2631-1：1997、ISO 2631-2：2003、BS 6841：1987、JIS C 1510：1995[34]、DIN 45669-1：2010[35]，見圖5（注：DIN 45669-1：2010的 KB 計(jì)權(quán)轉(zhuǎn)換為加速度）。BS 6841：1987的Wb計(jì)權(quán)（垂向）在一定程度上與ISO 2631-1：1997的Wk計(jì)權(quán)（垂向）有所不同，但其Wd計(jì)權(quán)（水平向）與ISO 2631-1：1997的 Wd計(jì)權(quán)（水平向）相同。ISO 2631-2：2003只給出了組合方向的頻率計(jì)權(quán)Wm（考慮到建筑物內(nèi)人的姿勢(shì)可能不需明確），DIN 45669-1：2010的KB計(jì)權(quán)（轉(zhuǎn)換為加速度）與ISO 2631-2：2003的Wm計(jì)權(quán)非常相似。當(dāng)描述符為速度時(shí)（例如挪威標(biāo)準(zhǔn) NS 8176：2005[36]），它的計(jì)權(quán)是與加速度Wm計(jì)權(quán)一致的。Turunen-Rise等[37]給出了速度和加速度的關(guān)系：vw＝aw／35.7。計(jì)權(quán)曲線中最敏感的振動(dòng)頻率范圍見表5所示。

圖5 人體暴露于全身振動(dòng)——頻率計(jì)權(quán)

最近的研究表明，以加速度表示的感知閾值在8Hz以上頻率范圍幾乎是恒定的[30，38－40]。這一點(diǎn)與ISO和各國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)是矛盾的，這些標(biāo)準(zhǔn)中的計(jì)權(quán)曲線可能低估人體對(duì)振動(dòng)的實(shí)際敏感度。BS 6841：1987指出，頻率計(jì)權(quán)在高頻范圍內(nèi)會(huì)低估可感知性，特別是對(duì)水平向振動(dòng)。BS 6472-1：2008指出，當(dāng)振動(dòng)水平明顯高于感知閾值時(shí)，BS 6841：1987中的Wb是最恰當(dāng)?shù)拇瓜蝾l率計(jì)權(quán)，但是當(dāng)振動(dòng)水平等于或略高于感知閾值時(shí)，在高頻范圍內(nèi)，Wb計(jì)權(quán)低估了振動(dòng)。另外，頻率計(jì)權(quán)假設(shè)與振動(dòng)大小無關(guān)，應(yīng)用的范圍包括感知、舒適、疲勞——工效降低、健康和安全，如此寬廣，這種近似法是有爭(zhēng)議的[5]。Morioka和 Griffin[40]指出，對(duì)于坐姿被試者承受垂向振動(dòng)來說，未計(jì)權(quán)加速度是比計(jì)權(quán)加速度更好的評(píng)價(jià)量。

表5 六種代表性計(jì)權(quán)曲線中最敏感的振動(dòng)頻率范圍（1／3倍頻程中心頻率）

5 振動(dòng)感知的姿勢(shì)和方向差異

5.1 坐姿的振動(dòng)感知

大多數(shù)暴露于全身振動(dòng)發(fā)生在坐姿，例如人們開車時(shí)或交通工具中的乘客。因此，大多數(shù)全身振動(dòng)感知研究中采用的被試者處于坐姿。這些研究采用2種方法：畫出感知閾值與頻率的關(guān)系圖，畫出等強(qiáng)度曲線和頻率的關(guān)系圖。通常是在實(shí)驗(yàn)室中采用單軸正弦振動(dòng)，因?yàn)椴捎脧?fù)合多軸刺激存在方法學(xué)的難度。

對(duì)于垂向振動(dòng)，最容易覺察的振動(dòng)是在5Hz左右[12，41－42]。5Hz的正弦振動(dòng)，可覺察約 0.01m／s2均方根值，相當(dāng)于位移約0.01mm均方根值。1Hz以下，可覺察約0.03m／s2均方根值；100Hz時(shí)，可覺察約0.1m／s2均方根值。低于0.5Hz，可能看見運(yùn)動(dòng)，但不能被其他生理系統(tǒng)感知。

對(duì)于水平向振動(dòng)，最容易覺察的振動(dòng)是在2Hz以下[12，42－43]。在最敏感的頻率下，可覺察0.01m／s2均方根值正弦水平向振動(dòng)。對(duì)于1Hz而言，0.01m／s2均方根值相當(dāng)于位移為0.25mm均方根值。高于2Hz左右時(shí)，敏感度下降，80Hz時(shí)的閾值提高到大約0.4m／s2均方根值。

5.2 站姿的振動(dòng)感知

站姿的全身振動(dòng)暴露主要發(fā)生在交通擁擠時(shí)刻，人站在列車、有軌電車或公共汽車?yán)??？偟膩碚f，站姿的感知閾值與坐姿相似，雖然有一些研究表明，站姿時(shí)的水平向敏感度下降[12]。不管怎樣，由于手和腳的解剖結(jié)構(gòu)是相似的，以及“振動(dòng)白趾”的少量研究實(shí)例[44]，手傳振動(dòng)的研究方法也適用于腳的振動(dòng)感知評(píng)價(jià)。有一些文獻(xiàn)研究了糖尿病人腳趾的振動(dòng)感知閾值，但在這些研究中腳并不支撐人體重量。在腳的振動(dòng)感知閾值的研究中，尚未見到采用與全身振動(dòng)研究相似的方法。

5.3 臥姿的振動(dòng)感知

臥姿代表著夜間居住建筑內(nèi)人群的實(shí)際情況。另外例如旅客在輪船或飛機(jī)上睡覺時(shí)的俯臥、仰臥、或半仰臥姿勢(shì)；把病人運(yùn)到醫(yī)院或轉(zhuǎn)院、戰(zhàn)爭(zhēng)運(yùn)輸傷員時(shí)，采用仰臥姿勢(shì)。但是臥姿 的感知 研 究 比 坐 姿 和 站 姿 少[12，43，45－50]。 通 常，垂 向振動(dòng)比水平向振動(dòng)更容易感知，但是在很低的頻率下卻相反[4]。

臥姿的感知閾值與坐姿相似。需要指出的是，支承表面的垂向振動(dòng)最容易被覺察的是在5Hz左右，不用考慮對(duì)應(yīng)于生物力學(xué)坐標(biāo)系中的z軸（坐姿）、x軸（俯臥或仰臥）或y軸（側(cè)臥）運(yùn)動(dòng)[47－48]。

6 振動(dòng)感知的持續(xù)時(shí)間差異

感知閾值隨著振動(dòng)持續(xù)時(shí)間增加到1s會(huì)有輕微下降，而隨著持續(xù)時(shí)間的進(jìn)一步增加基本不再下降。因此研究感知閾值時(shí)基本不需要采用均方根值的平均值或任何特定的時(shí)間常數(shù)。當(dāng)確定峰值時(shí)，不應(yīng)采用均方根值的平均值。但是，當(dāng)振動(dòng)水平高于閾值時(shí)，人的煩惱會(huì)隨著振動(dòng)持續(xù)時(shí)間的增加而增加[9－10]。

Matsumoto等[51]進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)以研究仰臥被試者承受垂向全身振動(dòng)的感知閾值。12名年輕男性參加了振動(dòng)持續(xù)時(shí)間的影響實(shí)驗(yàn)，采用頻率為2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、31.5Hz和63Hz的恒定幅值正弦振動(dòng)，經(jīng)過Hanning窗調(diào)制，持續(xù)時(shí)間分別為0.5s、1s、2s和4s。當(dāng)持續(xù)時(shí)間增加時(shí)，峰值振動(dòng)加速度的感知閾值降低。不同振動(dòng)持續(xù)時(shí)間和頻率下，采用四次方振動(dòng)劑量值（VDV）和運(yùn)行均方根加速度（MTTV）評(píng)價(jià)感知閾值對(duì)比分析表明，前者比后者較小程度上依賴于振動(dòng)持續(xù)時(shí)間、較大程度上依賴于頻率。積分時(shí)間的影響分析表明，積分時(shí)間對(duì)兩種方法評(píng)價(jià)的感知閾值的影響都很小，積分時(shí)間取值在0.63～0.8s之間（當(dāng)振動(dòng)持續(xù)時(shí)間大于0.5s時(shí)），與振動(dòng)持續(xù)時(shí)間合理對(duì)應(yīng)（需要指出的是日本標(biāo)準(zhǔn)JIS C 1510規(guī)定的時(shí)間常數(shù)是0.63s）。

7 振動(dòng)感知的性別和年齡差異

Matsumoto等[51]進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)以研究仰臥被試者承受垂向全身振動(dòng)的感知閾值。36名被試者分成3組（年輕女性12名、年輕男性12名、老年男性12名）參加了實(shí)驗(yàn)。振動(dòng)持續(xù)時(shí)間為4s，恒定幅值，頻率為2Hz、4Hz、8Hz、16 Hz、31.5Hz和63Hz（升降法）。研究表明，振動(dòng)感知閾值沒有明顯的性別差異，然而閾值隨著年齡的增大而明顯增大。

8 噪聲對(duì)振動(dòng)感知的影響

人在自然環(huán)境中常常同時(shí)承受振動(dòng)、空氣噪聲和結(jié)構(gòu)噪聲。

Howarth和 Griffin[52－54]在實(shí)驗(yàn)室中3次研究了噪聲和振動(dòng)的相互影響，Griffin[11]對(duì)此進(jìn)行了綜述。在1991年的實(shí)驗(yàn)中，20名被試者暴露于模擬的鐵路振動(dòng)（VDV在0.056～0.40m／s1.75之間）和噪聲（LAE在52.5～77.5dB（A）之間）同時(shí)存在的環(huán)境中。研究表明，振動(dòng)對(duì)噪聲判斷力的影響很小，但是噪聲對(duì)振動(dòng)判斷力的影響可能很大也可能不大，取決于噪聲和振動(dòng)的相對(duì)大小，給出了噪聲和振動(dòng)的主觀等效關(guān)系，以判斷兩者的相對(duì)大?。篖AE＝29.31gVDV＋89.2。

Meloni和Krueger[55]進(jìn)行了噪聲和振動(dòng)組合的感知和感覺的實(shí)驗(yàn)室研究。研究表明，存在掩蔽效應(yīng)，噪聲越大（LAeq大于64dB），振動(dòng)感知閾值越高。在現(xiàn)實(shí)的多種感覺同時(shí)存在的情況下，噪聲或振動(dòng)的單一感覺判斷的感知測(cè)量是不可靠。

Findeis和Peters[56]在勃蘭登堡的公路交通振動(dòng)測(cè)量表明，當(dāng)KBFTm值為0.10～0.13時(shí)，抱怨激增。強(qiáng)有力的證據(jù)表明噪聲和振動(dòng)對(duì)居民的綜合煩惱具有組合影響。只有這樣才可以解釋盡管振動(dòng)水平低于感知閾值（KB＝0.1）卻產(chǎn)生的抱怨，此時(shí)引起煩惱的原因是存在結(jié)構(gòu)噪聲。給出了人體不同振動(dòng)感覺的劃分區(qū)域，依賴于頻率和大?。ㄋ俣龋?，建議需要特別關(guān)注20Hz以上頻率范圍。

Sato等[57]研究了噪聲對(duì)振動(dòng)感知閾值的影響。共有10名被試者坐在固定于垂向振動(dòng)臺(tái)的椅子上，自行調(diào)節(jié)振動(dòng)級(jí)來確定閾值。采用4種正弦波形的振動(dòng)以及隨機(jī)振動(dòng)作為刺激，同時(shí)采用以10dB（A）作為調(diào)節(jié)量的隨機(jī)噪聲作為刺激。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)閾值隨著噪聲級(jí)的增加而增加。這意味著隨噪聲級(jí)的增加，人體對(duì)振動(dòng)的敏感度下降了。盡管此中的原因尚不明晰，但文中對(duì)同一頻率下聽覺與振動(dòng)感覺之間的相互影響提出了建議。

9 結(jié)語

通過對(duì)人體全身振動(dòng)感知閾值的標(biāo)準(zhǔn)和指南以及實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究的對(duì)比分析可以看出：

1）最近的實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)研究有助于澄清以下概念的區(qū)別：絕對(duì)感知閾值、差別閾限（振動(dòng)水平的最小可覺差）、主觀煩惱（與生活質(zhì)量有關(guān)，不舒適）和打擾（與睡眠質(zhì)量有關(guān)，睡眠打擾）。振動(dòng)感知與主觀煩惱和打擾是完全不同的。振動(dòng)感知閾值的個(gè)體間差異和個(gè)體內(nèi)差異較大。噪聲的存在會(huì)使振動(dòng)感知閾值提高。

2）最近的研究表明，以加速度表示的振動(dòng)感知閾值在8Hz以上頻率范圍幾乎是恒定的。振動(dòng)絕對(duì)感知閾值與標(biāo)準(zhǔn)中的頻率計(jì)權(quán)是相矛盾的，頻率計(jì)權(quán)可能低估人體對(duì)振動(dòng)的敏感度，因此頻率計(jì)權(quán)曲線應(yīng)該更平坦。差別閾限（Weber比例）與振動(dòng)大小和頻率無明顯關(guān)系。當(dāng)以中位覺察差別閾限描述時(shí)，人體可以明顯覺察到振動(dòng)大小的25%變化（約2dB）。

3）ISO和各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和指南中，采用了不同的描述符（最大運(yùn)行均方根值、均方根等效值和四次方振動(dòng)劑量值）、不同的物理量（加速度或速度）和不同的頻率計(jì)權(quán)來描述振動(dòng)感知閾值。

4）大多數(shù)國(guó)家環(huán)境和建筑物室內(nèi)振動(dòng)限值標(biāo)準(zhǔn)源自于感知閾值；但是少數(shù)國(guó)家（包括中國(guó)）限值標(biāo)準(zhǔn)源自于可接受煩惱度，由暴露—反應(yīng)關(guān)系的現(xiàn)場(chǎng)研究得出。關(guān)于振動(dòng)水平最小可覺差，限值標(biāo)準(zhǔn)大多認(rèn)為人體可以感覺到的振動(dòng)最小差別為40%變化（約3dB），高于實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果的25%變化（約2dB）。

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