李中付

在艦船噪聲環(huán)境下，作業(yè)人員(即艦員)的聽力保護(hù)極其重要，不僅關(guān)系到艦員的聽力保護(hù)，更重要的是關(guān)系到艦員作業(yè)能力的保持或艦員戰(zhàn)斗力的維持［1-3］。一些文獻(xiàn)提出了艦船噪聲環(huán)境下作業(yè)人員的噪聲防護(hù)措施［5-7］，如通過(guò)控制作業(yè)崗位的噪聲與艦員佩戴護(hù)聽器等方法進(jìn)行噪聲防護(hù)，其本質(zhì)是控制艦員的噪聲暴露量。那么，從理論上還有哪些方法可以進(jìn)行噪聲防護(hù)，換句話講噪聲暴露量從理論上應(yīng)與哪些因素有關(guān)，如何從理論上研究與分析噪聲暴露量的控制方法。筆者從聲學(xué)理論及能量等效原理的角度，研究與建立艦船噪聲崗位作業(yè)人員的噪聲暴露量與噪聲防護(hù)措施的量化關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 噪聲暴露強(qiáng)度數(shù)學(xué)解析式 噪聲防護(hù)能量原理是，在一定限值的基礎(chǔ)上，環(huán)境噪聲增加RdBA時(shí)，暴露時(shí)間減半;反之，環(huán)境噪聲減少RdBA時(shí)，暴露時(shí)間加倍。R為噪聲能量交換率。當(dāng)R=3時(shí)，該原理符合能量等效原理［8-11］，當(dāng)R≠3時(shí)符合等效生物效應(yīng)［12-14］。噪聲防護(hù)能量原理把能量等效原理與等效生物效應(yīng)二者統(tǒng)一起來(lái)。

為了分析艦船噪聲環(huán)境下，艦員的護(hù)聽器佩戴時(shí)間對(duì)聽力保護(hù)效果影響，假設(shè)護(hù)聽器的有效隔聲指標(biāo)為E dBA，艦員每天的工作時(shí)間為Wh(一般情況下，W=8)時(shí)間內(nèi)，作業(yè)噪聲容許限值為XdBA時(shí)，噪聲強(qiáng)度增加RdBA，而暴露時(shí)間減半。

一般情況下，由于護(hù)聽器(即護(hù)耳器)的舒適性等各種主觀、客觀原因，艦員在工作時(shí)間內(nèi)(往往在某段時(shí)間內(nèi))，沒(méi)有戴護(hù)聽器而在噪聲環(huán)境H(大于噪聲容許限值X)dBA下工作，在t(t≤W)個(gè)小時(shí)的時(shí)間沒(méi)有戴護(hù)聽器(t為未戴護(hù)聽器時(shí)間)，則作業(yè)人員在每天工作時(shí)間為W小時(shí)中，有t個(gè)小時(shí)的時(shí)間，其噪聲暴露強(qiáng)度為HdBA，有(W－t)個(gè)小時(shí)的時(shí)間在戴護(hù)聽器，其噪聲暴露強(qiáng)度為(H－E)dBA。根據(jù)上述能量等效原則，暴露時(shí)間T(小時(shí)，h)可以表示為式(1)。

式中T為每天噪聲暴露時(shí)間;W為每天工作時(shí)間;X為噪聲容許限值;H為崗位環(huán)境噪聲(大于噪聲容許限值X);R為噪聲能量交換率。

當(dāng)W=8 h，X=85 dBA，R=3 時(shí)，式(1)與文獻(xiàn)［1，9］一致;當(dāng)W=8 h，X=90 dBA，R=5 時(shí)，式(1)與文獻(xiàn)［10］一致。為分析方便，改寫式(1)為式(2)。

式(2)左邊表示暴露時(shí)間與工作時(shí)間之比。對(duì)于不同噪聲暴露強(qiáng)度和不同時(shí)間，d為其等效的暴露時(shí)間與工作時(shí)間之比，可以表達(dá)為:

式中t為未戴護(hù)聽器時(shí)間，E為護(hù)聽器的有效隔聲值。根據(jù)文獻(xiàn)［4］，在W小時(shí)工作時(shí)間內(nèi)的等效暴露強(qiáng)度LA為:

由式(3)與式(4)可得:

式(5)描述了作業(yè)人員等效暴露強(qiáng)度LA隨環(huán)境噪聲值H、護(hù)聽器有效隔聲指標(biāo)E、在噪聲環(huán)境中工作時(shí)間W、未戴護(hù)聽器時(shí)間t、佩戴護(hù)聽器時(shí)間(W－t)、噪聲能量交換率R等變化規(guī)律，是計(jì)算噪聲暴露強(qiáng)度的解析式。當(dāng)環(huán)境噪聲H、在噪聲環(huán)境中工作時(shí)間W、未佩戴護(hù)聽器時(shí)間t、噪聲能量交換率R分別增大時(shí)，作業(yè)人員的等效噪聲暴露強(qiáng)度均增大、反之均減小。護(hù)聽器有效隔聲指標(biāo)E增大時(shí)，作業(yè)人員的等效噪聲暴露強(qiáng)度將減小，反之增大。即H、W、t、R是作業(yè)人員噪聲等效暴露強(qiáng)度的增函數(shù)，而E是減函數(shù)。

1.2 等效暴露強(qiáng)度與戴護(hù)聽器時(shí)間的關(guān)系 假設(shè)作業(yè)人員每天的工作時(shí)間W=8 h，崗位環(huán)境噪聲H=125 dBA，噪聲能量交換率R=3，在8 h工作時(shí)間內(nèi)的等效暴露強(qiáng)度為L(zhǎng)A，利用式(5)計(jì)算，其結(jié)果如圖1所示。圖1描述了對(duì)于不同有效隔聲值(E=10、20、30、40、50 dBA)的護(hù)聽器，作業(yè)人員在 8 h 工作時(shí)間內(nèi)的等效暴露強(qiáng)度隨未戴護(hù)聽器時(shí)間的變化規(guī)律。

圖1 等效暴露強(qiáng)度隨未戴護(hù)聽器時(shí)間的變化規(guī)律(R=3，環(huán)境噪聲125 dBA)

為分析方便，把圖1中的t=0、15 min時(shí)的數(shù)據(jù)寫入表1。從表1可以看出:

(1)在125 dBA噪聲環(huán)境下，每天工作時(shí)間內(nèi)全戴護(hù)聽器(t=0)的作業(yè)人員，選擇隔聲效果較好的如E=40、50 dBA護(hù)聽器，聽力保護(hù)效果較好;反之，選擇隔聲效果不好的如E=10、20、30 dBA護(hù)聽器，達(dá)不到聽力保護(hù)的要求，需要進(jìn)一步采取聽力保護(hù)措施。

(2)在125 dBA噪聲環(huán)境下，每天工作時(shí)間內(nèi)僅15 min未戴護(hù)聽器(t=15 min)的作業(yè)人員，即使選擇隔聲效果好的如E=40、50 dBA護(hù)聽器，聽力保護(hù)效果相當(dāng)于在110 dBA噪聲環(huán)境下工作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到聽力保護(hù)的要求?？梢?jiàn)，在噪聲大于85 dBA環(huán)境下，選擇隔聲效果好的護(hù)聽器或始終佩戴護(hù)聽器，二者對(duì)保護(hù)作業(yè)人員的聽力都極為重要。

對(duì)于隔聲性能非常好的護(hù)聽器，不妨設(shè)E→+∞，代入式(5)可得:

對(duì)于不同的環(huán)境噪聲H，雖然LA∞值不同，但是其曲線形狀相同，見(jiàn)圖2。可以看出，即使有了隔聲效果極理想的護(hù)聽器，在高噪聲環(huán)境下，如H=130、150 dBA時(shí)，僅僅未戴護(hù)聽器10 min，全天的等效暴露強(qiáng)度已經(jīng)分別高達(dá)102.1、122.1 dBA。該結(jié)果表明，工作時(shí)間全時(shí)間佩戴護(hù)聽器對(duì)保護(hù)聽力極為重要。需要指出的是，圖2中的二條曲線形狀完全相同，不同的環(huán)境噪聲H(假定其穩(wěn)定，不隨時(shí)間變化，或變化幅度極小)，曲線僅僅是上下平移而已，這是因?yàn)樽o(hù)聽器的有效隔聲是理想化的。

表1 作業(yè)人員戴護(hù)聽器情況與噪聲暴露強(qiáng)度(噪聲能量交換率R=3，環(huán)境噪聲125 dBA)

圖2 等效暴露強(qiáng)度隨未戴護(hù)聽器時(shí)間的變化規(guī)律

1.3 作業(yè)人員的噪聲防護(hù)效果 從式(5)可以清楚看出，在一定的噪聲環(huán)境下，作業(yè)人員的等效暴露強(qiáng)度隨未戴護(hù)聽器時(shí)間t的變化規(guī)律。利用式(5)，也可以方便地分析作業(yè)人員的噪聲防護(hù)效果。為了分析噪聲環(huán)境下作業(yè)人員的護(hù)聽器佩戴時(shí)間對(duì)噪聲防護(hù)效果影響，在未戴護(hù)聽器th時(shí)，對(duì)于作業(yè)人員的噪聲防護(hù)效果，相當(dāng)于護(hù)聽器有效隔聲值下降了ΔY:

可見(jiàn)有效隔聲值下降量ΔY與護(hù)聽器本身的有效隔聲值E、未戴護(hù)聽器時(shí)間t有關(guān)。

另一方面，從防護(hù)的噪聲能量角度，相當(dāng)于護(hù)聽器有效隔聲指標(biāo)下降到Y(jié)dBA，即下式成立:

把式(8)代入式(9)，可得:

式(10)表明，要提高作業(yè)人員的聽力保護(hù)水平，不僅要提高護(hù)聽器本身的有效隔聲值E，還要提高護(hù)聽器的配戴舒適性，以減少作業(yè)人員的未戴護(hù)聽器時(shí)間。該式反映了作業(yè)人員的噪聲防護(hù)效果隨未戴護(hù)聽器時(shí)間t的變化規(guī)律，當(dāng)t=0時(shí)，作業(yè)人員的噪聲防護(hù)效果就是護(hù)聽器的有效隔聲值;當(dāng)t=W時(shí)，作業(yè)人員的噪聲防護(hù)效果為零。對(duì)于不同的護(hù)聽器如E=10、30、50 dBA，作業(yè)人員的噪聲防護(hù)效果隨未戴護(hù)聽器時(shí)間t的變化規(guī)律如圖3所示。

圖3 作業(yè)人員的噪聲防護(hù)效果隨未戴護(hù)聽器時(shí)間的變化規(guī)律(W=8 h，R=3)

對(duì)于極理想的護(hù)聽器，即E→+∞，代入式(10)可得:

公式(11)表達(dá)如圖3所示。該圖E→+∞曲線表明，對(duì)于極理想的護(hù)聽器，僅僅在工作時(shí)間未戴15 min，作業(yè)人員的噪聲防護(hù)效果僅有15 dBA。

2 結(jié)果

噪聲暴露強(qiáng)度解析式在理論上給出了計(jì)算噪聲暴露量的方法，量化描述了噪聲暴露量隨環(huán)境噪聲、護(hù)聽器有效隔聲指標(biāo)、每天在噪聲環(huán)境中工作時(shí)間、每天在噪聲環(huán)境中佩戴護(hù)聽器的時(shí)間和噪聲能量交換率值的變化規(guī)律。

噪聲暴露強(qiáng)度解析式在理論上給出了等效暴露強(qiáng)度控制途徑，構(gòu)成了噪聲防護(hù)措施的完備集。從式(5)可以看出，使等效暴露強(qiáng)度LA減少的措施有:(1)降低環(huán)境噪聲;(2)選擇有效隔聲指標(biāo)較高的護(hù)聽器;(3)減少在噪聲環(huán)境中的工作時(shí)間;(4)在噪聲環(huán)境工作時(shí)，始終佩戴護(hù)聽器;(5)完善噪聲防護(hù)法規(guī)，制訂崗位噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，選用較小的噪聲能量交換率值。上述五項(xiàng)措施中，前三項(xiàng)是國(guó)內(nèi)外常采取的措施，第4項(xiàng)措施常被忽視，第5項(xiàng)措施還未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。

根據(jù)式(5)導(dǎo)出的式(10)描述了護(hù)聽器佩戴時(shí)間對(duì)人員噪聲防護(hù)效果影響的特點(diǎn)。該特點(diǎn)表明:要提高作業(yè)人員的聽力保護(hù)水平，不僅要選擇有效隔聲值E較高的護(hù)聽器，更要提高護(hù)聽器的配戴舒適性，以便作業(yè)人員全時(shí)段佩戴護(hù)聽器。

3 討論

噪聲暴露強(qiáng)度解析式是根據(jù)聲學(xué)原理和噪聲防護(hù)能量原理推導(dǎo)的。從式(5)可以得出:當(dāng)t=0時(shí)，LA=LAmin=(H－E)dBA，即整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)，作業(yè)人員一直戴護(hù)聽器，噪聲暴露強(qiáng)度最小，暴露量為(H－E)dBA;當(dāng)t=W時(shí)，LA=LAmax=HdBA，即整個(gè)工作時(shí)間內(nèi)，作業(yè)人員一直沒(méi)戴護(hù)聽器，等效暴露強(qiáng)度就是環(huán)境噪聲強(qiáng)度HdBA，護(hù)聽器沒(méi)有起到隔聲效果。該結(jié)論與實(shí)際完全吻合。

在制訂崗位噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，選用較小的噪聲能量交換率對(duì)作業(yè)人員的噪聲防護(hù)具有重要意義。能量交換率R值越大，噪聲容許限值就越高，則實(shí)際噪聲暴露量越高，對(duì)造成作業(yè)人員聽力損傷的概率也越大;反之，當(dāng)能量交換率R值越小時(shí)，噪聲容許限值就越小，則實(shí)際噪聲暴露量越小，對(duì)保護(hù)作業(yè)人員聽力有利。目前，采用R=3或4、5的國(guó)家均有［11-14］，我國(guó)采用R=3［10］。

噪聲暴露強(qiáng)度解析式的作用和意義主要體現(xiàn)在:第一，為噪聲防護(hù)措施提供了理論依據(jù)，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者采取的一系列噪聲防護(hù)措施如降低環(huán)境噪聲、選擇有效隔聲指標(biāo)較高的護(hù)聽器、減少在噪聲環(huán)境中工作時(shí)間、在噪聲環(huán)境工作時(shí)始終佩戴護(hù)聽器等措施在本解析式中均有理論依據(jù);第二，從理論上給出了作業(yè)人員控制噪聲暴露量的的技術(shù)途徑。從聽力保護(hù)模型可以看出，聽力保護(hù)措施有五個(gè)技術(shù)途徑;第三，能夠定量地研究作業(yè)人員的等效暴露強(qiáng)度與戴護(hù)聽器時(shí)間的關(guān)系，以及作業(yè)人員堅(jiān)持佩戴護(hù)聽器對(duì)防護(hù)效果的影響。

［1］ DOD.1997.MIL-STD 1474D:Department of defense design criterina stand noise limits［S］.American National Standards，1997.

［2］ Jack K.Handbook of clinical audiology［M］.Philadelphia:Willams＆ Wilkins，2002:101-109.

［3］ Baughn WL.Relation between daily noise exposure and hearing loss based on evaluation of 6 835 industrial noise exposure cases［M］.Ohio:Armed Services Technical Information Agency Cases，1973:15-20.

［4］ Royster LH，Royster JD.The Noise manual［M］.5th ed.Fairfax:American Industrial Hygiene Association，2010:30-52.

［5］ Suter AH.Hearing conservation manual［M］.4th ed.Milwaukee，WI:CAOHC，2010:10-22.

［6］ Yarington CT.Military noise induced hearing loss:problems in conservation programs［J］.Laryngoscope，98(4):685-692.

［7］ ANSI.S3.44-1996.Determination of occupation noise exposure and estmation of noise-induced hearing impairment［S］.New York:Acoustical Society of American.American National Standards Institute，1996.

［8］ Dieter G.Regulations for community noise［J］.Noise News Internation，1995，3(4):223-236.

［9］ Gray DE.American Institute of Physics［M］.New York:Mcgraw-Hill，1972:160-167.

［10］ GJB50A-2011，軍事作業(yè)噪聲容許限值及測(cè)量［S］.2011.

［11］ Suter AH.The relation of exchange rate to noise induce hearing loss［J］.Noise/news internation，1993，1(3):131-157.

［12］ Jack K.Handbook of clinical audiology［M］.Philedelphia:Lippin-Cott Willams＆ Wilkins，2002:480-493.

［13］ Cattledge GH，Hendricks S，Stanevich R.Occupational health and safety in the U.S.construction industry［M］.Philadelphia:Taylor and Francis，2009:112-118.

［14］ Burns W，Robinson DW.Hearing and noise in industry［M］.London:Her Majesty's Stationery Office，1970:25-30.