装甲车辆舱内脉冲噪声评价方法

侯军芳，王和平，罗　韬，张纬华，荆　敏

（北京特种车辆研究所，北京 100072）



装甲车辆舱内脉冲噪声评价方法

侯军芳，王和平，罗韬，张纬华，荆敏

（北京特种车辆研究所，北京 100072）

摘要：针对装甲车辆武器射击时车内脉冲噪声对乘载员听觉器官损伤的评价问题，对国内和美国陆军有关脉冲噪声安全限值的评价方法进行对比，分析两种评价方法在脉冲噪声持续时间及允许日暴露次数计算等方面存在的差异。实车测试了武器射击时舱内乘载员耳部位置的脉冲噪声，分别计算两种评价方法得出的允许日暴露次数，并对评价结果进行对比分析。试验结果表明，由于作为主要影响因素之一的脉冲噪声持续时间类型不同，两种评价方法的允许日暴露次数计算结果差异较大，相对而言国内的评价方法更为保守。

关键词：声学；脉冲噪声评价；听力损伤；允许日暴露次数；持续时间

脉冲噪声是相对于稳态噪声而言的。装甲车辆匀速行驶时，车内噪声基本保持稳定，在采用声级计“慢档”动态特性测量时，声级波动<3 dB(A)，认为是稳态噪声。当武器射击时，车内声压级会发生突变（声压有效值变化≥40 dB），高声压持续的时间较短，视为脉冲噪声。在GJB2A-1996中对脉冲噪声的定义为：最大超压峰值低于6.9 kPa由一个或多个持续时间小于1 s的猝发声所组成的噪声。

装甲车辆在武器射击时，炮口位置的脉冲噪声传入车体内部，会对乘载员的身心造成较大影响。长时间接触强度较大的脉冲噪声，不仅易造成人员听力的损伤，如暂时性或永久性听力损失（听阈偏移），还容易影响乘载员的精神状态，产生焦虑、烦躁、心慌等。脉冲噪声对人耳的影响机理比较复杂，科研人员通过研究发现，脉冲噪声影响听觉器官的主要物理参量包括脉冲峰值声压、持续时间、脉冲次数、脉冲噪声频谱、间歇性因素等，并对各因素的影响和脉冲噪声评价进行了研究[1]。文献[2]对脉冲噪声长持续时间引起的听觉损伤与短时间引起的听觉损伤的区别，结论为耳蜗毛细胞的缺失率和缺失范围均随持续时间的增加而增大；文献[3]对某炮兵连射手的听力状况进行了调查，结果显示，射手实弹射击时间越长，鼓膜损伤越严重，脉冲噪声所致高频听力下降者占到55.1%，大口径火炮比小口径火炮所致听力损失更严重；文献[4]对脉冲噪声与稳态噪声所致高频听力损失的关系进行了研究，研究结果发现，采用个体噪声暴露数据计算时，在能量相同的情况下脉冲噪声所致高频听力损失的危害大于稳态噪声；文献[5]用等效连续A声级相同的脉冲噪声、稳态噪声以及两者复合的噪声连续暴露于豚鼠，结果发现，脉冲噪声比复合噪声和稳态噪声造成的听力损伤严重，表明在评价脉冲噪声以及复合噪声时不适合采用LAeq指标。文献[6]探索了用转换系数调整脉冲噪声所致高频听力损失剂量与反应之间的关系，发现调整系数可作为辅助参数加入到脉冲噪声的评价指标体系中。文献[7]对工业脉冲噪声测量指标进行了探讨，指出工业脉冲噪声中脉冲档线性峰值声压级高于脉冲档A加权峰值声压级。

国内外对稳态噪声的评价已有较多研究[8,9]，而由于脉冲噪声对听觉器官损伤的机理比较复杂，虽然各国研究人员进行了长时间研究，但目前仍未形成公认一致的评价方法。比如，1968年美国的CHABA提出的标准中采用了B持续时间，最大持续时间为200 ms；1975年西德的Pfander提出的标准中采用C持续时间最大到1 000 ms，若采用B持续时间则更长[2]。美军标准中采用了B持续时间，而我国在最早的GJB2-1982中也采用B持续时间，而在之后的替换标准GJB2A-1996中则采用A持续时间和有效C持续时间两种。本文主要针对我军标和美军标的脉冲噪声评价方法进行分析，实车测试了武器射击时舱内乘载员头部位置的脉冲噪声，并对两种脉冲噪声评价方法进行了对比分析。

1　脉冲噪声对听器损伤的评价方法

1.1美军标脉冲噪声评价方法

美军十分重视在武器装备使用过程中对人员的保护，在1979年发布了MIL-STD-1474B《军用装备噪声限值》，1991年又发布了MIL-STD-1474C，后又在1997年发布了MIL-STD-1474D，专门制定了武器装备作业噪声限值标准，对武器射击时脉冲噪声的测试和评价方法进行了详细规定。

美军标MIL-STD-1474D[10]中规定，对于峰值压力大于140 dB，持续时间小于1 s的脉冲噪声，作业人员必须配戴听力保护装置。佩戴耳塞或耳罩单一护听器时，一日内允许的脉冲噪声暴露次数NA1计算公式为

式中P为所测脉冲噪声的峰值压力，dB；TB为所测脉冲噪声的B持续时间，ms。

当同时佩戴耳塞和耳罩护听器时，一日内允许的脉冲噪声暴露次数NA2计算公式为1.2我国军标脉冲噪声评价方法

我国1996年颁布了新版标准GJB2A-1996《常规兵器发射时脉冲噪声和冲击波对听觉器官损伤的安全限值》[11]。GJB2A-1996与国外标准的主要差异表现在：

(a)国外标准以听力的TTS（暂时性阈移）作为判断安全与否的指标，而GJB2A-1996是以48 h近乎于TTS和PTS（永久性阈移）之间的听力变化作为划分受伤与否的界限，同时把中耳伤情也作为划分指标之一；

(b)由于重武器和轻武器的声学特性不一样，人耳对二者的耐受能力也有较大差异，GJB2A-1996中以1.5 msTA为界，分别制订出两条安全限值；

(c)GJB2A-1996中规定脉冲噪声的持续时间用A持续时间和有效C持续时间进行计算。

针对暴露在脉冲噪声中的无防护人员，在GJB 2A-1996中对于1.5 ms

从式（3）可知，GJB2A-1996给出的是安全限值Ps与持续时间T和暴露次数N之间的一个对应关系。在对脉冲噪声进行评价时，首先需要确定暴露次数，然后可从两个角度进行评价：一是根据所测的持续时间和规定的允许日暴露次数，计算出相对应的安全限值Ps，然后用实测的峰值压力与该安全限值对比进行评价；二是根据所测的持续时间和峰值压力，计算得出相对应的暴露次数，然后用所规定的允许日暴露次数与计算的暴露次数对比进行评价。采用允许日暴露次数的评价方法，由式（3）可得无听力防护人员的日暴露次数NC计算式为式中NC为无听力防护时的允许日暴露次数；P为所测脉冲噪声的峰值压力，dB；T为所测脉冲噪声的持续时间（A持续时间或有效C持续时间），ms。

对于佩戴单一护听器时允许日暴露次数的计算，在GJB59.82-2011[12]中规定可以用声学模拟装置测试佩戴护听器时耳内脉冲噪声，或者将脉冲噪声峰值压力限值提高10 dB进行计算。采用后一种方法计算佩戴单一护听器时的允许日暴露次数为

1.3两种脉冲噪声评价方法对比

对比GJB2A-1996与美军标MIL-STD-1474D中佩戴单一护听器时脉冲噪声限值计算公式（1）和（6）不难发现，尽管两种评价方法所用的持续时间不同，但允许日暴露次数的计算公式有相似的指数形式。

图1为两种脉冲噪声评价限值的对比图，横坐标为持续时间（GJB 2A为有效C持续时间TCE；MILSTD-1474D为B持续时间TB），纵坐标为峰值声压级，暴露次数为10发。可以看出。

图1　两种脉冲噪声评价限值对比

（1）对于确定的暴露次数，持续时间为对数坐标时，峰值声压级与持续时间呈线性关系（MILSTD-1474D中TB≤200 ms）；

（2）由于所用的持续时间不同，两条限值线在暴露时间T≤200 ms时基本平行，声压级相差约5 dB～6 dB；

（3）美军标MIL-STD-1474 D中对TB>200 ms的脉冲噪声放宽了限值标准，峰值声压级限值为定值。

2　舱内脉冲噪声测试与评价分析

2.1装甲车辆舱内脉冲噪声测试

对某型装甲车辆火炮射击时乘员头部位置的脉冲噪声进行了实车测试。测试仪器包括脉冲噪声传感器、前置放大器和数据采集器。脉冲噪声传感器为GRAS公司的46 BH型传感器（见图2），频响范围：6.5 Hz～140 kHz；前置放大器是与脉冲噪声传感器配套使用的，用于放大传感器的电压信号便于数据采集；数据采集器为LMS公司的SCR 09型多通道数据采集器，采样频率设为200 kHz。

图2　46 BH脉冲噪声传感器

测试时，脉冲噪声传感器布置在乘员坐姿头部中央位置，舱门关闭，车内除炮长外无其他人员。

2.2脉冲噪声评价结果对比

分别依据GJB 2A-1996和美军标MIL-STD-1474 D的方法计算允许日暴露次数，对两者评价同一脉冲噪声的安全暴露次数进行对比分析。

乘员1位置的脉冲噪声有效C持续时间和B持续时间如图3和图4所示，乘员2位置的脉冲噪声有效C持续时间和B持续时间如图5和图6所示。分别采用两种方法计算得到的持续时间和允许日暴露次数见表1。

图3　乘员1位置有效C持续时间

图4　乘员1位置B持续时间

从两个评价结果可以看出，对于实测的两个位置的脉冲噪声，GJB2A-1996评价方法较为保守，两个位置在佩戴单一护听器时的允许日暴露次数相差约10倍。由于两种评价方法所用的脉冲噪声持续时间不同，允许日暴露次数的计算公式也不同，因此针对相同的脉冲噪声其计算结果会有较大差异，国内评价方法相对更为保守。

3结　语

针对装甲车辆武器射击时车内脉冲噪声对乘载员听觉器官损伤的评价问题，对比分析了我军和美军有关脉冲噪声安全限值的评价方法，两种评价方法所对应的限值线在暴露时间T≤200 ms时基本平行，声压级相差约5 dB～6 dB。实车测试了某型装甲车辆火炮射击时的脉冲噪声，对两种评价方法的计算结果进行了对比分析，结果表明，由于计算所用的持续时间类型不同，两种评价方法计算结果差异较大，国内评价方法相对更为保守。

图5　乘员2位置有效C持续时间

图6　乘员2位置B持续时间

表1　允许日暴露次数计算结果对比

参考文献：

[1]王季卿.脉冲噪声的评价[J].声学学报，1997，12（4）：300-310.

[2]吴铭权，尹嘉才，姚治中，等.脉冲噪声持续时间对听觉损伤程度影响的研究[J].解放军预防医学杂志，1997，15 （5）：320-323.

[3]孙伟，高伟，李宏，等.某火炮连射手听器损伤的调查与研究[J].中华耳科学杂志，2007，5（3）：291-293.

[4]赵一鸣，陈山松，成小如，等.用个体暴露评价脉冲噪声与稳态噪声所致高频听力损失的关系[J].中华预防医学杂志，2005，39（6）：396-399.

[5]吴铭权，姚志中，宋学政，等.用等效连续A声级评价不同类型噪声的探讨[J].解放军预防医学杂志，1999，17 (3)：165-168.

[6]赵一鸣，陈山松，成小如，等.用转换系数调整脉冲噪声所致高频听力损失剂量—反应关系的探索[J].中华医学杂志，2006，86（1）：48-51.

[7]王国宏，马清兰，张云生.工业脉冲噪声测量指标探讨[J].中国冶金工业医学杂志，2007，24(2)：209-210.

[8]吴小珊，施全，石晓辉，等.乘用车启动电机噪声评价方法[J].噪声与振动控制，2015，35(2)：86-90.

[9]肖慧慧，王超，徐肖豪.机场飞机噪声评价量及其限值的探讨[J].噪声与振动控制，2011，31(2)：134-137.

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

[11]GJB2A-1996，常规兵器发射时脉冲噪声和冲击波对听觉器官损伤的安全限值[S].

[12]GJB59.82-2011，装甲车辆试验规程 乘员对噪声的防护要求试验[S].

中图分类号：X827

文献标识码：A

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

文章编号：1006-1355(2016)01-0079-04

收稿日期：2015-05-08

作者简介：侯军芳（1981-），男，河南辉县人，工程师，博士，主要研究方向为振动与噪声控制、人-机-环境工程。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