裝甲車輛艙內(nèi)脈沖噪聲評價方法

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）

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裝甲車輛艙內(nèi)脈沖噪聲評價方法

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

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

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，車內(nèi)噪聲基本保持穩(wěn)定，在采用聲級計“慢檔”動態(tài)特性測量時，聲級波動<3 dB(A)，認為是穩(wěn)態(tài)噪聲。當(dāng)武器射擊時，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由一個或多個持續(xù)時間小于1 s的猝發(fā)聲所組成的噪聲。

裝甲車輛在武器射擊時，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。長時間接觸強度較大的脈沖噪聲，不僅易造成人員聽力的損傷，如暫時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進行了研究[1]。文獻[2]對脈沖噪聲長持續(xù)時間引起的聽覺損傷與短時間引起的聽覺損傷的區(qū)別，結(jié)論為耳蝸毛細胞的缺失率和缺失范圍均隨持續(xù)時間的增加而增大；文獻[3]對某炮兵連射手的聽力狀況進行了調(diào)查，結(jié)果顯示，射手實彈射擊時間越長，鼓膜損傷越嚴重，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重；文獻[4]對脈沖噪聲與穩(wěn)態(tài)噪聲所致高頻聽力損失的關(guān)系進行了研究，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用個體噪聲暴露數(shù)據(jù)計算時，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[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重，表明在評價脈沖噪聲以及復(fù)合噪聲時不適合采用LAeq指標(biāo)。文獻[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指標(biāo)體系中。文獻[7]對工業(yè)脈沖噪聲測量指標(biāo)進行了探討，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)噪聲的評價已有較多研究[8,9]，而由于脈沖噪聲對聽覺器官損傷的機理比較復(fù)雜，雖然各國研究人員進行了長時間研究，但目前仍未形成公認一致的評價方法。比如，1968年美國的CHABA提出的標(biāo)準(zhǔn)中采用了B持續(xù)時間，最大持續(xù)時間為200 ms；1975年西德的Pfander提出的標(biāo)準(zhǔn)中采用C持續(xù)時間最大到1 000 ms，若采用B持續(xù)時間則更長[2]。美軍標(biāo)準(zhǔn)中采用了B持續(xù)時間，而我國在最早的GJB2-1982中也采用B持續(xù)時間，而在之后的替換標(biāo)準(zhǔn)GJB2A-1996中則采用A持續(xù)時間和有效C持續(xù)時間兩種。本文主要針對我軍標(biāo)和美軍標(biāo)的脈沖噪聲評價方法進行分析，實車測試了武器射擊時艙內(nèi)乘載員頭部位置的脈沖噪聲，并對兩種脈沖噪聲評價方法進行了對比分析。

1　脈沖噪聲對聽器損傷的評價方法

1.1美軍標(biāo)脈沖噪聲評價方法

美軍十分重視在武器裝備使用過程中對人員的保護，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)，對武器射擊時脈沖噪聲的測試和評價方法進行了詳細規(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)時間小于1 s的脈沖噪聲，作業(yè)人員必須配戴聽力保護裝置。佩戴耳塞或耳罩單一護聽器時，一日內(nèi)允許的脈沖噪聲暴露次數(shù)NA1計算公式為

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)時間，ms。

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

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)時間用A持續(xù)時間和有效C持續(xù)時間進行計算。

針對暴露在脈沖噪聲中的無防護人員，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)時間T和暴露次數(shù)N之間的一個對應(yīng)關(guān)系。在對脈沖噪聲進行評價時，首先需要確定暴露次數(shù)，然后可從兩個角度進行評價：一是根據(jù)所測的持續(xù)時間和規(guī)定的允許日暴露次數(shù)，計算出相對應(yīng)的安全限值Ps，然后用實測的峰值壓力與該安全限值對比進行評價；二是根據(jù)所測的持續(xù)時間和峰值壓力，計算得出相對應(yīng)的暴露次數(shù)，然后用所規(guī)定的允許日暴露次數(shù)與計算的暴露次數(shù)對比進行評價。采用允許日暴露次數(shù)的評價方法，由式（3）可得無聽力防護人員的日暴露次數(shù)NC計算式為式中NC為無聽力防護時的允許日暴露次數(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)時間（A持續(xù)時間或有效C持續(xù)時間），ms。

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

1.3兩種脈沖噪聲評價方法對比

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

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

圖1　兩種脈沖噪聲評價限值對比

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

（2）由于所用的持續(xù)時間不同，兩條限值線在暴露時間T≤200 ms時基本平行，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乘員頭部位置的脈沖噪聲進行了實車測試。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，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的方法計算允許日暴露次數(shù)，對兩者評價同一脈沖噪聲的安全暴露次數(shù)進行對比分析。

乘員1位置的脈沖噪聲有效C持續(xù)時間和B持續(xù)時間如圖3和圖4所示，乘員2位置的脈沖噪聲有效C持續(xù)時間和B持續(xù)時間如圖5和圖6所示。分別采用兩種方法計算得到的持續(xù)時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)時間

圖4　乘員1位置B持續(xù)時間

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

3結(jié)　語

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

圖5　乘員2位置有效C持續(xù)時間

圖6　乘員2位置B持續(xù)時間

表1　允許日暴露次數(shù)計算結(jié)果對比

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中圖分類號：X827

文獻標(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，主要研究方向為振動與噪聲控制、人-機-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