峰度在评估复杂噪声引起听力损失的研究

广东工业大学自动化学院　曾毅强　徐维超

纽约州立大学普拉茨堡听觉研究实验室　邱　伟

1.前言

噪声性耳聋是一种常见的职业病。工业噪声普遍存在于生产劳动环境中，会损害人体的听觉、心血管、消化、神经、内分泌以及视觉系统等，引起功能器官的紊乱和疾病。严格控制噪声显得十分重要。噪声测量与评价是工业噪声防治工作的基础和难点。在噪声所致生物效应研究中，复杂噪声对工人听力的损害是一个尚待研究的问题[2]。本文将研究峰度应用于评价复杂噪声所致听力损失的实际效果。

2.峰度介绍

当前噪声暴露水平的国际标准（ISO 1999-2013）仅仅依赖于能量尺度。等能量假说认为患噪声引起的听力损失的风险与噪声暴露总能量成函数关系[5]。但是一些流行病学上的研究表明工人在含有冲击噪声的环境中患噪声性耳聋概率更高。Hamernik等[7]和邱伟等[8]的动物研究证实噪声能量的时间分布在噪声性耳聋上是一个重要的因素。不幸的是，这些研究都没有在复杂噪声与噪声性耳聋之间的剂量-反应关系上提供足够的信息。而建立剂量-反应关系的难点在于并没有一个普遍接受的方式去描述复杂噪声[5]。

以峰度来测量脉冲噪声是Erdreich提出的，他建议用11s的时间长度来计算峰度，再用平均方法求出平均峰度，并与预先选定的峰度值进行比较。如果大于预定值，则将该噪声划分为脉冲噪声;反之，则为非脉冲噪声[2]。

峰度是用来度量数据在中心的聚集程度。噪声的峰度值可以通过专用录音仪记录音频后计算获得。峰度是一个常被用来描述一个随机变量概率分布形状的统计量[2]。峰度的计算公式如下：

正态分布的峰度值约为3，而峰度大于3的分布称为高峰度分布[2]。高峰度分布表现出在均值附近较为集中，而尾部趋于平坦的特性。

评估噪声暴露与工人听力损失的剂量-反应关系，通常将LAeq,8h与工人的噪声工作工龄结合计算累积噪声暴露量，用于量化每个研究对象的噪声暴露水平[6]。

其中，LAeq，8h是8小时等效连续A加权声级，在时间间隔Ti（年）里产生；n是该工人在工作中暴露的不同种类噪声的总个数；Tref=1年。为了能得到准确的噪声-剂量反应，本研究要求被研究对象只暴露于一种工作噪声环境，那么n=1，方程(2)可简化为：

为将峰度β引入复杂噪声所致听力损失的评估，根据等能量假说的描述，可以用峰度值对CNE在暴露时间上进行修正，使该方程能够适应各种噪声：

因为听力损失与峰度值呈类似对数关系，因此引入ln(β)对CNE`作对数调整。高斯噪声的峰度值约等于3，修正项[(ln(β+1.9)/log(2)]便等于10，因此，对于高斯噪声，其经峰度调整的CNE`等于未调整前的CNE。从方程(4)可以看出，对于确定的LAeq，8h，复杂噪声的累积噪声暴露量大于高斯噪声。

从计算峰度的方程式(1)可以看出，不同的计算窗口长度将得到不同的峰度值。基于以上动物实验[7][8]，本文亦选取40秒计算窗口长度。在实际应用时，使用专用的数字噪声录音仪（ASV5910-R，杭州爱华仪器有限公司）对工作噪声环境做全程（8小时）录音，采样频率为48kHz，用40s计算窗口对8小时录音进行无重叠峰度计算，然后求出峰度均值，用这个平均峰度作为这个噪声的特征参量之一[1]。

目前国内外用峰度来对噪声进行测量和评价主要涉及动物方面，而在人群中峰度对听力损失的剂量反应关系尚待进一步验证。

3.实验过程及结果

采用国产ASV5910-R数字噪声录音仪，该仪器可以对被调查对象进行全程噪声采样，生成WAV格式音频。通过读取该WAV头文件的信息，可以获取灵敏度读数，计算8h等效连续A声级（LAeq,8h）等。

分别对6个工厂300多名暴露于工业噪声的工人进行数据采集，包括噪声录音、纯音测听和问卷调查。其中接触高斯噪声86人，复杂噪声277人。研究对象经过严格筛选，听力数据经过年龄和性别校正。

噪声对听力造成不良生物效应首先反应在高频段（主要在3-6kHz），于是将高频听力损失定义为：根据年龄和性别进行调整的任何一只耳在3、4或6kHz的听力阈值大于等于30dB。根据该定义对每一位研究对象的听力数据进行分析，按方程（3）和（4）分别计算CNE和经峰度调整的CNE`。把全部研究对象按其累计噪声暴露量每5dB进行间隔。分别计算每个CNE间隔内研究对象的高频听力损失率（%Loss），表1和表2列出了暴露于高斯和复杂噪声工人在各CNE和CNE`间隔内高频听力损失率。

表1　暴露于复杂和高斯噪声的工人在每5dB CNE段的高频听力损失患病率

表2　暴露于复杂和高斯噪声的工人在每5dB经峰度调整后CNE`段的高频听力损失患病率

图1　复杂噪声和高斯噪声的累积噪声暴露与高频听力损失患病率的关系

图2　复杂噪声和高斯噪声的经峰度调整后累积噪声暴露与高频听力损失患病率的关系

4.结果分析

图1和图2以图形方式分别显示了表1和表2的高频听力损失的剂量-反应关系。从图1可以看出，在相同的CNE区间复杂噪声引起的高频听力损失患病率明显高于高斯噪声；而用平均峰度对CNE进行调整后，两者之间的差异显著缩小，这是由于复杂噪声的峰度值较大，经峰度调整后的CNE`比原始的CNE增大，而高斯噪声的峰度值趋向于3，调整后CNE`变化不大。

5.讨论

本文应用新的数据源对峰度应用于评价复杂噪声所致听力损失的实际效果作出验证，证明了峰度可以作为能量的辅助参量，能够更有效地评估工业噪声，特别是复杂噪声引起的工人听力损失，峰度可作为一个很好的候选参量。显而易见，峰度有简单，容易计算等特点。但是它也有明显的不足，如计算峰度统计量时使用40秒窗口是由于计算机性力所限、参考之前动物实验[7][8]等原因，而不同的窗口长度会直接影响峰度值的大小。从而影响最终累积噪声暴露量的计算。随着人们使用耳机的日益频繁，日常接触到的噪声叠加工业噪声将对实验统计结果的影响增大。如何更好地排除这些因素尚需更加深入的研究。

[1]邱伟,张美辨,徐维超,等.峰度在评估复杂噪声所引起听力损失中的应用[J].中华耳科学杂志,2016,14(6):701-707.

[2]邱伟,Roger,Hamernik,等.峰度在噪声所致生物效应评价方面的研究进展[J].中华医学杂志,2006,86(11):785-789.

[3]丁茂平,赵一鸣,穆玉梅,等.脉冲与稳态噪声引起工人听力损伤的差异[J].中华劳动卫生职业病杂志,1995(2):72-74.

[4]陈辉,蒋健敏,张美辨,等.工业噪声测量指标研究进展[J].浙江预防医学,2016,28(4):376-379.

[5]Xie H W,Qiu W,Heyer N J,et al.The Use of the Kurtosis-Adjusted Cumulative Noise Exposure Metric in Evaluating the Hearing Loss Risk for Complex Noise[J].Ear & Hearing,2015,37(3):312.

[6]谢红卫,唐仕川,周莉芳,等.非稳态噪声累积暴露量与听力损失的关系[J].环境与职业医学,2015,32(1):56-60.

[7]Qiu W,Davis B,Hamernik R P.Hearing loss from interrupted,intermittent,and time varying Gaussian noise exposures:the applicability of the equal energy hypothesis[J].Journal of the Acoustical Society of America,2007,122(4):2245-54.

[8]Hamernik R P,Qiu W,Davis B.The effects of the amplitude distribution of equal energy exposures on noise-induced hearing loss:the kurtosis metric[J].Journal of the Acoustical Society of America,2003,114(1):386.