舰船噪声岗位作业人员噪声暴露量控制理论研究

李中付

在舰船噪声环境下，作业人员(即舰员)的听力保护极其重要，不仅关系到舰员的听力保护，更重要的是关系到舰员作业能力的保持或舰员战斗力的维持［1-3］。一些文献提出了舰船噪声环境下作业人员的噪声防护措施［5-7］，如通过控制作业岗位的噪声与舰员佩戴护听器等方法进行噪声防护，其本质是控制舰员的噪声暴露量。那么，从理论上还有哪些方法可以进行噪声防护，换句话讲噪声暴露量从理论上应与哪些因素有关，如何从理论上研究与分析噪声暴露量的控制方法。笔者从声学理论及能量等效原理的角度，研究与建立舰船噪声岗位作业人员的噪声暴露量与噪声防护措施的量化关系。

1 资料与方法

1.1 噪声暴露强度数学解析式 噪声防护能量原理是，在一定限值的基础上，环境噪声增加RdBA时，暴露时间减半;反之，环境噪声减少RdBA时，暴露时间加倍。R为噪声能量交换率。当R=3时，该原理符合能量等效原理［8-11］，当R≠3时符合等效生物效应［12-14］。噪声防护能量原理把能量等效原理与等效生物效应二者统一起来。

为了分析舰船噪声环境下，舰员的护听器佩戴时间对听力保护效果影响，假设护听器的有效隔声指标为E dBA，舰员每天的工作时间为Wh(一般情况下，W=8)时间内，作业噪声容许限值为XdBA时，噪声强度增加RdBA，而暴露时间减半。

一般情况下，由于护听器(即护耳器)的舒适性等各种主观、客观原因，舰员在工作时间内(往往在某段时间内)，没有戴护听器而在噪声环境H(大于噪声容许限值X)dBA下工作，在t(t≤W)个小时的时间没有戴护听器(t为未戴护听器时间)，则作业人员在每天工作时间为W小时中，有t个小时的时间，其噪声暴露强度为HdBA，有(W－t)个小时的时间在戴护听器，其噪声暴露强度为(H－E)dBA。根据上述能量等效原则，暴露时间T(小时，h)可以表示为式(1)。

式中T为每天噪声暴露时间;W为每天工作时间;X为噪声容许限值;H为岗位环境噪声(大于噪声容许限值X);R为噪声能量交换率。

当W=8 h，X=85 dBA，R=3 时，式(1)与文献［1，9］一致;当W=8 h，X=90 dBA，R=5 时，式(1)与文献［10］一致。为分析方便，改写式(1)为式(2)。

式(2)左边表示暴露时间与工作时间之比。对于不同噪声暴露强度和不同时间，d为其等效的暴露时间与工作时间之比，可以表达为:

式中t为未戴护听器时间，E为护听器的有效隔声值。根据文献［4］，在W小时工作时间内的等效暴露强度LA为:

由式(3)与式(4)可得:

式(5)描述了作业人员等效暴露强度LA随环境噪声值H、护听器有效隔声指标E、在噪声环境中工作时间W、未戴护听器时间t、佩戴护听器时间(W－t)、噪声能量交换率R等变化规律，是计算噪声暴露强度的解析式。当环境噪声H、在噪声环境中工作时间W、未佩戴护听器时间t、噪声能量交换率R分别增大时，作业人员的等效噪声暴露强度均增大、反之均减小。护听器有效隔声指标E增大时，作业人员的等效噪声暴露强度将减小，反之增大。即H、W、t、R是作业人员噪声等效暴露强度的增函数，而E是减函数。

1.2 等效暴露强度与戴护听器时间的关系 假设作业人员每天的工作时间W=8 h，岗位环境噪声H=125 dBA，噪声能量交换率R=3，在8 h工作时间内的等效暴露强度为LA，利用式(5)计算，其结果如图1所示。图1描述了对于不同有效隔声值(E=10、20、30、40、50 dBA)的护听器，作业人员在 8 h 工作时间内的等效暴露强度随未戴护听器时间的变化规律。

图1 等效暴露强度随未戴护听器时间的变化规律(R=3，环境噪声125 dBA)

为分析方便，把图1中的t=0、15 min时的数据写入表1。从表1可以看出:

(1)在125 dBA噪声环境下，每天工作时间内全戴护听器(t=0)的作业人员，选择隔声效果较好的如E=40、50 dBA护听器，听力保护效果较好;反之，选择隔声效果不好的如E=10、20、30 dBA护听器，达不到听力保护的要求，需要进一步采取听力保护措施。

(2)在125 dBA噪声环境下，每天工作时间内仅15 min未戴护听器(t=15 min)的作业人员，即使选择隔声效果好的如E=40、50 dBA护听器，听力保护效果相当于在110 dBA噪声环境下工作，远远达不到听力保护的要求。可见，在噪声大于85 dBA环境下，选择隔声效果好的护听器或始终佩戴护听器，二者对保护作业人员的听力都极为重要。

对于隔声性能非常好的护听器，不妨设E→+∞，代入式(5)可得:

对于不同的环境噪声H，虽然LA∞值不同，但是其曲线形状相同，见图2。可以看出，即使有了隔声效果极理想的护听器，在高噪声环境下，如H=130、150 dBA时，仅仅未戴护听器10 min，全天的等效暴露强度已经分别高达102.1、122.1 dBA。该结果表明，工作时间全时间佩戴护听器对保护听力极为重要。需要指出的是，图2中的二条曲线形状完全相同，不同的环境噪声H(假定其稳定，不随时间变化，或变化幅度极小)，曲线仅仅是上下平移而已，这是因为护听器的有效隔声是理想化的。

表1 作业人员戴护听器情况与噪声暴露强度(噪声能量交换率R=3，环境噪声125 dBA)

图2 等效暴露强度随未戴护听器时间的变化规律

1.3 作业人员的噪声防护效果 从式(5)可以清楚看出，在一定的噪声环境下，作业人员的等效暴露强度随未戴护听器时间t的变化规律。利用式(5)，也可以方便地分析作业人员的噪声防护效果。为了分析噪声环境下作业人员的护听器佩戴时间对噪声防护效果影响，在未戴护听器th时，对于作业人员的噪声防护效果，相当于护听器有效隔声值下降了ΔY:

可见有效隔声值下降量ΔY与护听器本身的有效隔声值E、未戴护听器时间t有关。

另一方面，从防护的噪声能量角度，相当于护听器有效隔声指标下降到YdBA，即下式成立:

把式(8)代入式(9)，可得:

式(10)表明，要提高作业人员的听力保护水平，不仅要提高护听器本身的有效隔声值E，还要提高护听器的配戴舒适性，以减少作业人员的未戴护听器时间。该式反映了作业人员的噪声防护效果随未戴护听器时间t的变化规律，当t=0时，作业人员的噪声防护效果就是护听器的有效隔声值;当t=W时，作业人员的噪声防护效果为零。对于不同的护听器如E=10、30、50 dBA，作业人员的噪声防护效果随未戴护听器时间t的变化规律如图3所示。

图3 作业人员的噪声防护效果随未戴护听器时间的变化规律(W=8 h，R=3)

对于极理想的护听器，即E→+∞，代入式(10)可得:

公式(11)表达如图3所示。该图E→+∞曲线表明，对于极理想的护听器，仅仅在工作时间未戴15 min，作业人员的噪声防护效果仅有15 dBA。

2 结果

噪声暴露强度解析式在理论上给出了计算噪声暴露量的方法，量化描述了噪声暴露量随环境噪声、护听器有效隔声指标、每天在噪声环境中工作时间、每天在噪声环境中佩戴护听器的时间和噪声能量交换率值的变化规律。

噪声暴露强度解析式在理论上给出了等效暴露强度控制途径，构成了噪声防护措施的完备集。从式(5)可以看出，使等效暴露强度LA减少的措施有:(1)降低环境噪声;(2)选择有效隔声指标较高的护听器;(3)减少在噪声环境中的工作时间;(4)在噪声环境工作时，始终佩戴护听器;(5)完善噪声防护法规，制订岗位噪声限值标准时，选用较小的噪声能量交换率值。上述五项措施中，前三项是国内外常采取的措施，第4项措施常被忽视，第5项措施还未见文献报道。

根据式(5)导出的式(10)描述了护听器佩戴时间对人员噪声防护效果影响的特点。该特点表明:要提高作业人员的听力保护水平，不仅要选择有效隔声值E较高的护听器，更要提高护听器的配戴舒适性，以便作业人员全时段佩戴护听器。

3 讨论

噪声暴露强度解析式是根据声学原理和噪声防护能量原理推导的。从式(5)可以得出:当t=0时，LA=LAmin=(H－E)dBA，即整个工作时间内，作业人员一直戴护听器，噪声暴露强度最小，暴露量为(H－E)dBA;当t=W时，LA=LAmax=HdBA，即整个工作时间内，作业人员一直没戴护听器，等效暴露强度就是环境噪声强度HdBA，护听器没有起到隔声效果。该结论与实际完全吻合。

在制订岗位噪声限值标准时，选用较小的噪声能量交换率对作业人员的噪声防护具有重要意义。能量交换率R值越大，噪声容许限值就越高，则实际噪声暴露量越高，对造成作业人员听力损伤的概率也越大;反之，当能量交换率R值越小时，噪声容许限值就越小，则实际噪声暴露量越小，对保护作业人员听力有利。目前，采用R=3或4、5的国家均有［11-14］，我国采用R=3［10］。

噪声暴露强度解析式的作用和意义主要体现在:第一，为噪声防护措施提供了理论依据，目前国内外学者采取的一系列噪声防护措施如降低环境噪声、选择有效隔声指标较高的护听器、减少在噪声环境中工作时间、在噪声环境工作时始终佩戴护听器等措施在本解析式中均有理论依据;第二，从理论上给出了作业人员控制噪声暴露量的的技术途径。从听力保护模型可以看出，听力保护措施有五个技术途径;第三，能够定量地研究作业人员的等效暴露强度与戴护听器时间的关系，以及作业人员坚持佩戴护听器对防护效果的影响。

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