侯軍芳，王和平，羅　韜，張緯華，荊　敏

（北京特種車輛研究所，北京 100072）

?

裝甲車輛艙內(nèi)脈沖噪聲評價(jià)方法

侯軍芳，王和平，羅韜，張緯華，荊敏

（北京特種車輛研究所，北京 100072）

摘要：針對裝甲車輛武器射擊時(shí)車內(nèi)脈沖噪聲對乘載員聽覺器官損傷的評價(jià)問題，對國內(nèi)和美國陸軍有關(guān)脈沖噪聲安全限值的評價(jià)方法進(jìn)行對比，分析兩種評價(jià)方法在脈沖噪聲持續(xù)時(shí)間及允許日暴露次數(shù)計(jì)算等方面存在的差異。實(shí)車測試了武器射擊時(shí)艙內(nèi)乘載員耳部位置的脈沖噪聲，分別計(jì)算兩種評價(jià)方法得出的允許日暴露次數(shù)，并對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行對比分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，由于作為主要影響因素之一的脈沖噪聲持續(xù)時(shí)間類型不同，兩種評價(jià)方法的允許日暴露次數(shù)計(jì)算結(jié)果差異較大，相對而言國內(nèi)的評價(jià)方法更為保守。

關(guān)鍵詞：聲學(xué)；脈沖噪聲評價(jià)；聽力損傷；允許日暴露次數(shù)；持續(xù)時(shí)間

脈沖噪聲是相對于穩(wěn)態(tài)噪聲而言的。裝甲車輛勻速行駛時(shí)，車內(nèi)噪聲基本保持穩(wěn)定，在采用聲級計(jì)“慢檔”動態(tài)特性測量時(shí)，聲級波動<3 dB(A)，認(rèn)為是穩(wěn)態(tài)噪聲。當(dāng)武器射擊時(shí)，車內(nèi)聲壓級會發(fā)生突變（聲壓有效值變化≥40 dB），高聲壓持續(xù)的時(shí)間較短，視為脈沖噪聲。在GJB2A-1996中對脈沖噪聲的定義為：最大超壓峰值低于6.9 kPa由一個(gè)或多個(gè)持續(xù)時(shí)間小于1 s的猝發(fā)聲所組成的噪聲。

裝甲車輛在武器射擊時(shí)，炮口位置的脈沖噪聲傳入車體內(nèi)部，會對乘載員的身心造成較大影響。長時(shí)間接觸強(qiáng)度較大的脈沖噪聲，不僅易造成人員聽力的損傷，如暫時(shí)性或永久性聽力損失（聽閾偏移），還容易影響乘載員的精神狀態(tài)，產(chǎn)生焦慮、煩躁、心慌等。脈沖噪聲對人耳的影響機(jī)理比較復(fù)雜，科研人員通過研究發(fā)現(xiàn)，脈沖噪聲影響聽覺器官的主要物理參量包括脈沖峰值聲壓、持續(xù)時(shí)間、脈沖次數(shù)、脈沖噪聲頻譜、間歇性因素等，并對各因素的影響和脈沖噪聲評價(jià)進(jìn)行了研究[1]。文獻(xiàn)[2]對脈沖噪聲長持續(xù)時(shí)間引起的聽覺損傷與短時(shí)間引起的聽覺損傷的區(qū)別，結(jié)論為耳蝸毛細(xì)胞的缺失率和缺失范圍均隨持續(xù)時(shí)間的增加而增大；文獻(xiàn)[3]對某炮兵連射手的聽力狀況進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果顯示，射手實(shí)彈射擊時(shí)間越長，鼓膜損傷越嚴(yán)重，脈沖噪聲所致高頻聽力下降者占到55.1%，大口徑火炮比小口徑火炮所致聽力損失更嚴(yán)重；文獻(xiàn)[4]對脈沖噪聲與穩(wěn)態(tài)噪聲所致高頻聽力損失的關(guān)系進(jìn)行了研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用個(gè)體噪聲暴露數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)，在能量相同的情況下脈沖噪聲所致高頻聽力損失的危害大于穩(wěn)態(tài)噪聲；文獻(xiàn)[5]用等效連續(xù)A聲級相同的脈沖噪聲、穩(wěn)態(tài)噪聲以及兩者復(fù)合的噪聲連續(xù)暴露于豚鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脈沖噪聲比復(fù)合噪聲和穩(wěn)態(tài)噪聲造成的聽力損傷嚴(yán)重，表明在評價(jià)脈沖噪聲以及復(fù)合噪聲時(shí)不適合采用LAeq指標(biāo)。文獻(xiàn)[6]探索了用轉(zhuǎn)換系數(shù)調(diào)整脈沖噪聲所致高頻聽力損失劑量與反應(yīng)之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)調(diào)整系數(shù)可作為輔助參數(shù)加入到脈沖噪聲的評價(jià)指標(biāo)體系中。文獻(xiàn)[7]對工業(yè)脈沖噪聲測量指標(biāo)進(jìn)行了探討，指出工業(yè)脈沖噪聲中脈沖檔線性峰值聲壓級高于脈沖檔A加權(quán)峰值聲壓級。

國內(nèi)外對穩(wěn)態(tài)噪聲的評價(jià)已有較多研究[8,9]，而由于脈沖噪聲對聽覺器官損傷的機(jī)理比較復(fù)雜，雖然各國研究人員進(jìn)行了長時(shí)間研究，但目前仍未形成公認(rèn)一致的評價(jià)方法。比如，1968年美國的CHABA提出的標(biāo)準(zhǔn)中采用了B持續(xù)時(shí)間，最大持續(xù)時(shí)間為200 ms；1975年西德的Pfander提出的標(biāo)準(zhǔn)中采用C持續(xù)時(shí)間最大到1 000 ms，若采用B持續(xù)時(shí)間則更長[2]。美軍標(biāo)準(zhǔn)中采用了B持續(xù)時(shí)間，而我國在最早的GJB2-1982中也采用B持續(xù)時(shí)間，而在之后的替換標(biāo)準(zhǔn)GJB2A-1996中則采用A持續(xù)時(shí)間和有效C持續(xù)時(shí)間兩種。本文主要針對我軍標(biāo)和美軍標(biāo)的脈沖噪聲評價(jià)方法進(jìn)行分析，實(shí)車測試了武器射擊時(shí)艙內(nèi)乘載員頭部位置的脈沖噪聲，并對兩種脈沖噪聲評價(jià)方法進(jìn)行了對比分析。

1　脈沖噪聲對聽器損傷的評價(jià)方法

1.1美軍標(biāo)脈沖噪聲評價(jià)方法

美軍十分重視在武器裝備使用過程中對人員的保護(hù)，在1979年發(fā)布了MIL-STD-1474B《軍用裝備噪聲限值》，1991年又發(fā)布了MIL-STD-1474C，后又在1997年發(fā)布了MIL-STD-1474D，專門制定了武器裝備作業(yè)噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，對武器射擊時(shí)脈沖噪聲的測試和評價(jià)方法進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。

美軍標(biāo)MIL-STD-1474D[10]中規(guī)定，對于峰值壓力大于140 dB，持續(xù)時(shí)間小于1 s的脈沖噪聲，作業(yè)人員必須配戴聽力保護(hù)裝置。佩戴耳塞或耳罩單一護(hù)聽器時(shí)，一日內(nèi)允許的脈沖噪聲暴露次數(shù)NA1計(jì)算公式為

式中P為所測脈沖噪聲的峰值壓力，dB；TB為所測脈沖噪聲的B持續(xù)時(shí)間，ms。

當(dāng)同時(shí)佩戴耳塞和耳罩護(hù)聽器時(shí)，一日內(nèi)允許的脈沖噪聲暴露次數(shù)NA2計(jì)算公式為1.2我國軍標(biāo)脈沖噪聲評價(jià)方法

我國1996年頒布了新版標(biāo)準(zhǔn)GJB2A-1996《常規(guī)兵器發(fā)射時(shí)脈沖噪聲和沖擊波對聽覺器官損傷的安全限值》[11]。GJB2A-1996與國外標(biāo)準(zhǔn)的主要差異表現(xiàn)在：

(a)國外標(biāo)準(zhǔn)以聽力的TTS（暫時(shí)性閾移）作為判斷安全與否的指標(biāo)，而GJB2A-1996是以48 h近乎于TTS和PTS（永久性閾移）之間的聽力變化作為劃分受傷與否的界限，同時(shí)把中耳傷情也作為劃分指標(biāo)之一；

(b)由于重武器和輕武器的聲學(xué)特性不一樣，人耳對二者的耐受能力也有較大差異，GJB2A-1996中以1.5 msTA為界，分別制訂出兩條安全限值；

(c)GJB2A-1996中規(guī)定脈沖噪聲的持續(xù)時(shí)間用A持續(xù)時(shí)間和有效C持續(xù)時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。

針對暴露在脈沖噪聲中的無防護(hù)人員，在GJB 2A-1996中對于1.5 ms

從式（3）可知，GJB2A-1996給出的是安全限值Ps與持續(xù)時(shí)間T和暴露次數(shù)N之間的一個(gè)對應(yīng)關(guān)系。在對脈沖噪聲進(jìn)行評價(jià)時(shí)，首先需要確定暴露次數(shù)，然后可從兩個(gè)角度進(jìn)行評價(jià)：一是根據(jù)所測的持續(xù)時(shí)間和規(guī)定的允許日暴露次數(shù)，計(jì)算出相對應(yīng)的安全限值Ps，然后用實(shí)測的峰值壓力與該安全限值對比進(jìn)行評價(jià)；二是根據(jù)所測的持續(xù)時(shí)間和峰值壓力，計(jì)算得出相對應(yīng)的暴露次數(shù)，然后用所規(guī)定的允許日暴露次數(shù)與計(jì)算的暴露次數(shù)對比進(jìn)行評價(jià)。采用允許日暴露次數(shù)的評價(jià)方法，由式（3）可得無聽力防護(hù)人員的日暴露次數(shù)NC計(jì)算式為式中NC為無聽力防護(hù)時(shí)的允許日暴露次數(shù)；P為所測脈沖噪聲的峰值壓力，dB；T為所測脈沖噪聲的持續(xù)時(shí)間（A持續(xù)時(shí)間或有效C持續(xù)時(shí)間），ms。

對于佩戴單一護(hù)聽器時(shí)允許日暴露次數(shù)的計(jì)算，在GJB59.82-2011[12]中規(guī)定可以用聲學(xué)模擬裝置測試佩戴護(hù)聽器時(shí)耳內(nèi)脈沖噪聲，或者將脈沖噪聲峰值壓力限值提高10 dB進(jìn)行計(jì)算。采用后一種方法計(jì)算佩戴單一護(hù)聽器時(shí)的允許日暴露次數(shù)為

1.3兩種脈沖噪聲評價(jià)方法對比

對比GJB2A-1996與美軍標(biāo)MIL-STD-1474D中佩戴單一護(hù)聽器時(shí)脈沖噪聲限值計(jì)算公式（1）和（6）不難發(fā)現(xiàn)，盡管兩種評價(jià)方法所用的持續(xù)時(shí)間不同，但允許日暴露次數(shù)的計(jì)算公式有相似的指數(shù)形式。

圖1為兩種脈沖噪聲評價(jià)限值的對比圖，橫坐標(biāo)為持續(xù)時(shí)間（GJB 2A為有效C持續(xù)時(shí)間TCE；MILSTD-1474D為B持續(xù)時(shí)間TB），縱坐標(biāo)為峰值聲壓級，暴露次數(shù)為10發(fā)。可以看出。

圖1　兩種脈沖噪聲評價(jià)限值對比

（1）對于確定的暴露次數(shù)，持續(xù)時(shí)間為對數(shù)坐標(biāo)時(shí)，峰值聲壓級與持續(xù)時(shí)間呈線性關(guān)系（MILSTD-1474D中TB≤200 ms）；

（2）由于所用的持續(xù)時(shí)間不同，兩條限值線在暴露時(shí)間T≤200 ms時(shí)基本平行，聲壓級相差約5 dB～6 dB；

（3）美軍標(biāo)MIL-STD-1474 D中對TB>200 ms的脈沖噪聲放寬了限值標(biāo)準(zhǔn)，峰值聲壓級限值為定值。

2　艙內(nèi)脈沖噪聲測試與評價(jià)分析

2.1裝甲車輛艙內(nèi)脈沖噪聲測試

對某型裝甲車輛火炮射擊時(shí)乘員頭部位置的脈沖噪聲進(jìn)行了實(shí)車測試。測試儀器包括脈沖噪聲傳感器、前置放大器和數(shù)據(jù)采集器。脈沖噪聲傳感器為GRAS公司的46 BH型傳感器（見圖2），頻響范圍：6.5 Hz～140 kHz；前置放大器是與脈沖噪聲傳感器配套使用的，用于放大傳感器的電壓信號便于數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)采集器為LMS公司的SCR 09型多通道數(shù)據(jù)采集器，采樣頻率設(shè)為200 kHz。

圖2　46 BH脈沖噪聲傳感器

測試時(shí)，脈沖噪聲傳感器布置在乘員坐姿頭部中央位置，艙門關(guān)閉，車內(nèi)除炮長外無其他人員。

2.2脈沖噪聲評價(jià)結(jié)果對比

分別依據(jù)GJB 2A-1996和美軍標(biāo)MIL-STD-1474 D的方法計(jì)算允許日暴露次數(shù)，對兩者評價(jià)同一脈沖噪聲的安全暴露次數(shù)進(jìn)行對比分析。

乘員1位置的脈沖噪聲有效C持續(xù)時(shí)間和B持續(xù)時(shí)間如圖3和圖4所示，乘員2位置的脈沖噪聲有效C持續(xù)時(shí)間和B持續(xù)時(shí)間如圖5和圖6所示。分別采用兩種方法計(jì)算得到的持續(xù)時(shí)間和允許日暴露次數(shù)見表1。

圖3　乘員1位置有效C持續(xù)時(shí)間

圖4　乘員1位置B持續(xù)時(shí)間

從兩個(gè)評價(jià)結(jié)果可以看出，對于實(shí)測的兩個(gè)位置的脈沖噪聲，GJB2A-1996評價(jià)方法較為保守，兩個(gè)位置在佩戴單一護(hù)聽器時(shí)的允許日暴露次數(shù)相差約10倍。由于兩種評價(jià)方法所用的脈沖噪聲持續(xù)時(shí)間不同，允許日暴露次數(shù)的計(jì)算公式也不同，因此針對相同的脈沖噪聲其計(jì)算結(jié)果會有較大差異，國內(nèi)評價(jià)方法相對更為保守。

3結(jié)　語

針對裝甲車輛武器射擊時(shí)車內(nèi)脈沖噪聲對乘載員聽覺器官損傷的評價(jià)問題，對比分析了我軍和美軍有關(guān)脈沖噪聲安全限值的評價(jià)方法，兩種評價(jià)方法所對應(yīng)的限值線在暴露時(shí)間T≤200 ms時(shí)基本平行，聲壓級相差約5 dB～6 dB。實(shí)車測試了某型裝甲車輛火炮射擊時(shí)的脈沖噪聲，對兩種評價(jià)方法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明，由于計(jì)算所用的持續(xù)時(shí)間類型不同，兩種評價(jià)方法計(jì)算結(jié)果差異較大，國內(nèi)評價(jià)方法相對更為保守。

圖5　乘員2位置有效C持續(xù)時(shí)間

圖6　乘員2位置B持續(xù)時(shí)間

表1　允許日暴露次數(shù)計(jì)算結(jié)果對比

參考文獻(xiàn)：

[1]王季卿.脈沖噪聲的評價(jià)[J].聲學(xué)學(xué)報(bào)，1997，12（4）：300-310.

[2]吳銘權(quán)，尹嘉才，姚治中，等.脈沖噪聲持續(xù)時(shí)間對聽覺損傷程度影響的研究[J].解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，1997，15 （5）：320-323.

[3]孫偉，高偉，李宏，等.某火炮連射手聽器損傷的調(diào)查與研究[J].中華耳科學(xué)雜志，2007，5（3）：291-293.

[4]趙一鳴，陳山松，成小如，等.用個(gè)體暴露評價(jià)脈沖噪聲與穩(wěn)態(tài)噪聲所致高頻聽力損失的關(guān)系[J].中華預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，2005，39（6）：396-399.

[5]吳銘權(quán)，姚志中，宋學(xué)政，等.用等效連續(xù)A聲級評價(jià)不同類型噪聲的探討[J].解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志，1999，17 (3)：165-168.

[6]趙一鳴，陳山松，成小如，等.用轉(zhuǎn)換系數(shù)調(diào)整脈沖噪聲所致高頻聽力損失劑量—反應(yīng)關(guān)系的探索[J].中華醫(yī)學(xué)雜志，2006，86（1）：48-51.

[7]王國宏，馬清蘭，張?jiān)粕?工業(yè)脈沖噪聲測量指標(biāo)探討[J].中國冶金工業(yè)醫(yī)學(xué)雜志，2007，24(2)：209-210.

[8]吳小珊，施全，石曉輝，等.乘用車啟動電機(jī)噪聲評價(jià)方法[J].噪聲與振動控制，2015，35(2)：86-90.

[9]肖慧慧，王超，徐肖豪.機(jī)場飛機(jī)噪聲評價(jià)量及其限值的探討[J].噪聲與振動控制，2011，31(2)：134-137.

[10]MIL-STD-1474D-1997,Noise Limits[S].

[11]GJB2A-1996，常規(guī)兵器發(fā)射時(shí)脈沖噪聲和沖擊波對聽覺器官損傷的安全限值[S].

[12]GJB59.82-2011，裝甲車輛試驗(yàn)規(guī)程 乘員對噪聲的防護(hù)要求試驗(yàn)[S].

中圖分類號：X827

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI編碼：10.3969/j.issn.1006-1335.2016.01.017

文章編號：1006-1355(2016)01-0079-04

收稿日期：2015-05-08

作者簡介：侯軍芳（1981-），男，河南輝縣人，工程師，博士，主要研究方向?yàn)檎駝优c噪聲控制、人-機(jī)-環(huán)境工程。E-mail:houjf1234@163.com

Evaluation Method for Internal Impulsive Noise inArmored Vehicles

HOU Jun-fang,WANG He-ping,ZHANG Wei-hua, JINGMin,LUOTao

(Beijing Special Vehicles Research Institute,Beijing 100072,China)

Abstract:In order to correctly evaluate the damage of crew’s audio organ exposed in impulsive noise in armored vehicles as the weapon firing,the domestic and American Army’s evaluation methods for impulsive noise safety limit were mutually compared,and the differences of the two methods in the calculation of endure time of impulsive noise and permitted daily exposure times were analyzed.The impulsive noise at the crew’s ear position in the armored vehicles was tested when the weapon firing and the calculation results of the two evaluation methods were compared and analyzed.The test results show that the calculation results of the two evaluation methods have significant differences due to the different types of endure time used as one of the main influencing factors.The permitted daily exposure times from the domestic evaluation method is more conservative than that of theAmericanArmy’s method.

Key words:acoustics;impulse noise evaluation;hearing damage;permitted exposure times per day;endure time