艦船噪聲崗位作業人員噪聲暴露量控制理論研究

李中付

在艦船噪聲環境下，作業人員(即艦員)的聽力保護極其重要，不僅關系到艦員的聽力保護，更重要的是關系到艦員作業能力的保持或艦員戰斗力的維持［1-3］。一些文獻提出了艦船噪聲環境下作業人員的噪聲防護措施［5-7］，如通過控制作業崗位的噪聲與艦員佩戴護聽器等方法進行噪聲防護，其本質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行噪聲防護，換句話講噪聲暴露量從理論上應與哪些因素有關，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人員的噪聲暴露量與噪聲防護措施的量化關系。

1 資料與方法

1.1 噪聲暴露強度數學解析式 噪聲防護能量原理是，在一定限值的基礎上，環境噪聲增加RdBA時，暴露時間減半;反之，環境噪聲減少RdBA時，暴露時間加倍。R為噪聲能量交換率。當R=3時，該原理符合能量等效原理［8-11］，當R≠3時符合等效生物效應［12-14］。噪聲防護能量原理把能量等效原理與等效生物效應二者統一起來。

為了分析艦船噪聲環境下，艦員的護聽器佩戴時間對聽力保護效果影響，假設護聽器的有效隔聲指標為E dBA，艦員每天的工作時間為Wh(一般情況下，W=8)時間內，作業噪聲容許限值為XdBA時，噪聲強度增加RdBA，而暴露時間減半。

一般情況下，由于護聽器(即護耳器)的舒適性等各種主觀、客觀原因，艦員在工作時間內(往往在某段時間內)，沒有戴護聽器而在噪聲環境H(大于噪聲容許限值X)dBA下工作，在t(t≤W)個小時的時間沒有戴護聽器(t為未戴護聽器時間)，則作業人員在每天工作時間為W小時中，有t個小時的時間，其噪聲暴露強度為HdBA，有(W－t)個小時的時間在戴護聽器，其噪聲暴露強度為(H－E)dBA。根據上述能量等效原則，暴露時間T(小時，h)可以表示為式(1)。

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

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

式(2)左邊表示暴露時間與工作時間之比。對于不同噪聲暴露強度和不同時間，d為其等效的暴露時間與工作時間之比，可以表達為:

式中t為未戴護聽器時間，E為護聽器的有效隔聲值。根據文獻［4］，在W小時工作時間內的等效暴露強度LA為:

由式(3)與式(4)可得:

式(5)描述了作業人員等效暴露強度LA隨環境噪聲值H、護聽器有效隔聲指標E、在噪聲環境中工作時間W、未戴護聽器時間t、佩戴護聽器時間(W－t)、噪聲能量交換率R等變化規律，是計算噪聲暴露強度的解析式。當環境噪聲H、在噪聲環境中工作時間W、未佩戴護聽器時間t、噪聲能量交換率R分別增大時，作業人員的等效噪聲暴露強度均增大、反之均減小。護聽器有效隔聲指標E增大時，作業人員的等效噪聲暴露強度將減小，反之增大。即H、W、t、R是作業人員噪聲等效暴露強度的增函數，而E是減函數。

1.2 等效暴露強度與戴護聽器時間的關系 假設作業人員每天的工作時間W=8 h，崗位環境噪聲H=125 dBA，噪聲能量交換率R=3，在8 h工作時間內的等效暴露強度為LA，利用式(5)計算，其結果如圖1所示。圖1描述了對于不同有效隔聲值(E=10、20、30、40、50 dBA)的護聽器，作業人員在 8 h 工作時間內的等效暴露強度隨未戴護聽器時間的變化規律。

圖1 等效暴露強度隨未戴護聽器時間的變化規律(R=3，環境噪聲125 dBA)

為分析方便，把圖1中的t=0、15 min時的數據寫入表1。從表1可以看出:

(1)在125 dBA噪聲環境下，每天工作時間內全戴護聽器(t=0)的作業人員，選擇隔聲效果較好的如E=40、50 dBA護聽器，聽力保護效果較好;反之，選擇隔聲效果不好的如E=10、20、30 dBA護聽器，達不到聽力保護的要求，需要進一步采取聽力保護措施。

(2)在125 dBA噪聲環境下，每天工作時間內僅15 min未戴護聽器(t=15 min)的作業人員，即使選擇隔聲效果好的如E=40、50 dBA護聽器，聽力保護效果相當于在110 dBA噪聲環境下工作，遠遠達不到聽力保護的要求。可見，在噪聲大于85 dBA環境下，選擇隔聲效果好的護聽器或始終佩戴護聽器，二者對保護作業人員的聽力都極為重要。

對于隔聲性能非常好的護聽器，不妨設E→+∞，代入式(5)可得:

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

表1 作業人員戴護聽器情況與噪聲暴露強度(噪聲能量交換率R=3，環境噪聲125 dBA)

圖2 等效暴露強度隨未戴護聽器時間的變化規律

1.3 作業人員的噪聲防護效果 從式(5)可以清楚看出，在一定的噪聲環境下，作業人員的等效暴露強度隨未戴護聽器時間t的變化規律。利用式(5)，也可以方便地分析作業人員的噪聲防護效果。為了分析噪聲環境下作業人員的護聽器佩戴時間對噪聲防護效果影響，在未戴護聽器th時，對于作業人員的噪聲防護效果，相當于護聽器有效隔聲值下降了ΔY:

可見有效隔聲值下降量ΔY與護聽器本身的有效隔聲值E、未戴護聽器時間t有關。

另一方面，從防護的噪聲能量角度，相當于護聽器有效隔聲指標下降到YdBA，即下式成立:

把式(8)代入式(9)，可得:

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

圖3 作業人員的噪聲防護效果隨未戴護聽器時間的變化規律(W=8 h，R=3)

對于極理想的護聽器，即E→+∞，代入式(10)可得:

公式(11)表達如圖3所示。該圖E→+∞曲線表明，對于極理想的護聽器，僅僅在工作時間未戴15 min，作業人員的噪聲防護效果僅有15 dBA。

2 結果

噪聲暴露強度解析式在理論上給出了計算噪聲暴露量的方法，量化描述了噪聲暴露量隨環境噪聲、護聽器有效隔聲指標、每天在噪聲環境中工作時間、每天在噪聲環境中佩戴護聽器的時間和噪聲能量交換率值的變化規律。

噪聲暴露強度解析式在理論上給出了等效暴露強度控制途徑，構成了噪聲防護措施的完備集。從式(5)可以看出，使等效暴露強度LA減少的措施有:(1)降低環境噪聲;(2)選擇有效隔聲指標較高的護聽器;(3)減少在噪聲環境中的工作時間;(4)在噪聲環境工作時，始終佩戴護聽器;(5)完善噪聲防護法規，制訂崗位噪聲限值標準時，選用較小的噪聲能量交換率值。上述五項措施中，前三項是國內外常采取的措施，第4項措施常被忽視，第5項措施還未見文獻報道。

根據式(5)導出的式(10)描述了護聽器佩戴時間對人員噪聲防護效果影響的特點。該特點表明:要提高作業人員的聽力保護水平，不僅要選擇有效隔聲值E較高的護聽器，更要提高護聽器的配戴舒適性，以便作業人員全時段佩戴護聽器。

3 討論

噪聲暴露強度解析式是根據聲學原理和噪聲防護能量原理推導的。從式(5)可以得出:當t=0時，LA=LAmin=(H－E)dBA，即整個工作時間內，作業人員一直戴護聽器，噪聲暴露強度最小，暴露量為(H－E)dBA;當t=W時，LA=LAmax=HdBA，即整個工作時間內，作業人員一直沒戴護聽器，等效暴露強度就是環境噪聲強度HdBA，護聽器沒有起到隔聲效果。該結論與實際完全吻合。

在制訂崗位噪聲限值標準時，選用較小的噪聲能量交換率對作業人員的噪聲防護具有重要意義。能量交換率R值越大，噪聲容許限值就越高，則實際噪聲暴露量越高，對造成作業人員聽力損傷的概率也越大;反之，當能量交換率R值越小時，噪聲容許限值就越小，則實際噪聲暴露量越小，對保護作業人員聽力有利。目前，采用R=3或4、5的國家均有［11-14］，我國采用R=3［10］。

噪聲暴露強度解析式的作用和意義主要體現在:第一，為噪聲防護措施提供了理論依據，目前國內外學者采取的一系列噪聲防護措施如降低環境噪聲、選擇有效隔聲指標較高的護聽器、減少在噪聲環境中工作時間、在噪聲環境工作時始終佩戴護聽器等措施在本解析式中均有理論依據;第二，從理論上給出了作業人員控制噪聲暴露量的的技術途徑。從聽力保護模型可以看出，聽力保護措施有五個技術途徑;第三，能夠定量地研究作業人員的等效暴露強度與戴護聽器時間的關系，以及作業人員堅持佩戴護聽器對防護效果的影響。

［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，軍事作業噪聲容許限值及測量［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.