现代听力保护的基本原理和技术

2018-04-12蒋涛

中国听力语言康复科学杂志 2018年2期

蒋涛

听力学是探讨和研究人的听觉生理、病理及康复的一门学科，究其本质首先是保护听力，其次才是听力康复。在听力保护不足，导致听力损失的前提下，听力康复应运而生。听力学家的首要任务是验配听力保护器械，其次是验配助听器。即将启动的2018年“爱耳日”主题“听见未来，从预防开始”，将预防和保护提升到一个全新高度。由噪声等引起的听力损失大部分是可通过预防和保护而避免，但是，无论国外还是国内听力保护实践依然滞后，学术研究和临床工作重点集中在诊断和康复。鉴于此，本期小词典介绍听力保护所涉的基本原理和核心技术，希望能将未来的听力水平和当前的听力保护放在具有协同效应的战略层面思考和实践。

1　听力保护基本原理

Hearing conservation和hearing protection是听力学常见并混用的两个术语，虽然中文含义均指对听力保护，英文原文还是有差别。Conservation一般指对现状的保留、维系和保护，就听力而言，所涉范围更广；hearing conservation的英文定义是prevention or reduction of hearing impairment through a program of identification of risk,monitoring of hearing，protection from hazardous noise，and education[1]，译成中文是通过危险因素鉴定、听力监测、有害噪声防护和教育等计划来预防或减少听力受损；不仅需要对现有听觉能力的维护，使其正常工作，还需采取相应措施和手段避免或防治任何外来或其他损害听力的威胁。hearing protection的定义指broad category of devices and techniques designed to attenuate hazardous levels of noise，中文可以译成衰减有害噪声级的各种类型装置和技术，听力保护是指一种装置或行为。二者差别在于前者描述的是保护听力的一系列行为措施，后者主要是用于保护听力的器械或装置。由于中文习惯，这两个英文均被译为听力保护。

听力保护采用先进技术和管理经验实现。我国最新颁布的《国家职业病防治规划（2016-2020年）》[2]鼓励通过科研及成果转化应用提高职业病防治水平，支持职业病防治基础性科研工作，推进发病机理研究，在重点人群和重点行业开展流行病学调查，开展早期职业健康损害、新发职业病危害因素和疾病负担等研究，为制定防治政策提供依据，其中攻克噪声聋等疾病的防治技术尤为重要。

保护作业人员听力有两种方法：一是从噪声源入手，采用合理的工程技术，改造噪声源设备、噪声环境、传播途径和噪声接受位置达到降噪目的。由于大部分噪声源设备固有运行特点，降噪效果有限，难以达到听力保护最佳效果，如涡轮喷气飞机起飞瞬间加速产生的噪声声功率级高达150～160 dB，现有的工程技术很难控制这种巨大的气动力声源。第二种方法采用听力保护装置，在噪声传播过程中实施有效衰减，确保噪声进入人耳前的强度符合现行的听力保护标准。这种方法因人而异、因地而行，具有较大的灵活性，是听力保护的常用方法。

1.1　听力保护器械（hearing protection devices，HPD）

是对用于人体耳际处噪声衰减装置的统称，又称为护听器（ear protector）。听力保护装置的工作原理和工程降噪一样，采用具有噪声传播能量衰减的声学材料和参照人耳结构的外形设计，达到降噪效果。如果保护装置性能好，验配准确，使用得当的话，声衰减量值可以达到20～30 dB，换言之，当外部噪声为100 dB（A）时，如果所选的护听器衰减值为25 dB，实际进入人耳的噪声级约为75 dB（A），按理想状态，如果该作业人员正确使用护听器的话，其噪声暴露将低于80 dB（A），从而达到听力保护的目的。当然这仅仅是简单计算，具体使用中尚有许多技术问题需要解决。培训是听力保护项目主要工作之一。

1.2　工程听力保护（engineering protection,EP）

是利用工程技术改造噪声源设备、噪声环境、传播途径和噪声接受位置等的统称。改善噪声源设备是首先考虑的措施。工业生产使用的各种电机设备和动力机械是最常见的噪声源，根据这些设备特点，一般按照动力设备噪声控制、风机噪声控制、空气压缩机噪声控制、泵类机械噪声控制等分类实施工程技术改造。

鉴于篇幅有限，将不对工程技术做过多介绍，需要强调以下三点：①在做任何工程改造前，必须对所涉设备的噪声性质、特点及其使用有详细了解，包括噪声源的频率特性和时间特点，比如常见的电动机噪声为宽频频谱，随着电机功率增加，会发生频率变化，大功率电机低频噪声更显著一些；一台电机功率180 kW，转速为960 r/m的电动机，可产生超过90 dB（A）的噪声级；②工程听力保护的目的是确保传入人耳的噪声级小于85 dB（A）的听力保护标准。如果过分强调降噪，不考虑噪声暴露级和时间，会造成资源浪费，并影响生产；③工程听力保护必须和其它措施结合实施，包括听力保护、听力监测和教育培训等，才能达到预期效果。

1.3　行政听力管理（administration protection，AP）

听力保护在采用技术和器械同时，还需政府监管部门的积极参与和企业严格管理，才能达到显著效果。行政听力管理通过制订一系列以听力保护为目的员工工作岗位安排、时间调整、定期听力检测和教育以及听力保护装置使用培训等措施和规定，按照政府的听力保护法规，定期检测工作场所噪声级和对环境影响，对新采购设备实施使用前评估，对长期使用的设备实施对比的年度检测和调整等。

我国原卫生部制定的《工业企业职工听力保护规范》[3]（简称“保护规范”）对行政听力管理有详细规定。《保护规范》首先对于符合行政听力管理作业人员的噪声暴露级有明确界定：要求暴露于LAeq，8≥85 dB的职工，应当进行基础听力测定和定期听力监测。

对暴露于作业场所LAeq，8≥90 dB的情况，应优先考虑采用工程措施降低作业场所噪声。噪声控制设备必须定期维修保养，确保噪声控制效果；应当配备具有足够声衰减值、佩戴舒适的护听器，并定期进行听力保护培训、检查护听器使用和维护情况，确保听力保护效果。企业应当建立听力保护档案，按规定记录、分析和保存噪声暴露监测数据和听力测试资料；此外，应每年对作业场所噪声及职工噪声暴露情况至少进行监测。在作业场所噪声水平可能发生改变时，应当及时监测。

对于首次在LAeq，8≥85 dB场所中从事工作的职工，应当在3个月内接受听力测试，记录并保存基础听力图。对已在LAeq，8≥85 dB场所中工作而未对基础听力检查的职工，应尽快在一年内补做基础听力测定。同时，这些作业人员应当每两年进行一次跟踪听力测定；暴露于LAeq，8≥100 dB者，应当每年进行一次跟踪听力测定。并将跟踪听力图与基础听力图进行对比，排除其他影响因素，按GB-7582《声学—耳科正常人的气导阈与年龄和性别的关系》[5]的规定进行修正以后，作为评定职工是否发生因职业性噪声危害引起高频标准听阈偏移的依据。对于已发生高频标准听阈偏移的职工，应当在14天内以书面形式将测试结果通知本人，并采取相应听力保护措施。

2016年12月我国颁布的职业病防治规划，对于类似噪声聋听力检查这种监测提出具体要求，用人单位必须保证工作场所职业病危害因素定期检测率达到80%以上，接触职业病危害的劳动者在岗期间职业健康检查率达到90%以上[2]，同样适用于听力保护项目。

2　护听器简介

护听器是替人耳安装了一道防噪的声学阻拦。随着噪声管理和听力保护法律法规的完善，护耳器制作材料和技术的提高，无论工业场所还是日常生活中，其使用率均显著增长。加拿大对音乐家长期使用耳塞的案例分析显示，从1990年起最初只有32%音乐家同意使用耳塞，1995年上涨到64%，1997年增加到72%，到了2005年已经上升到94%，其中425名使用耳塞的音乐家中83%在14年后仍继续使用，说明大多数音乐家意识到听力保护重要性[5]。

护听器的验配和使用是一门严谨学问，涉及材料学、声学、工程设计、听力学和医学解剖学等多学科，护听器必须通过正确验配和全面培训，才能达到预期效果。对护听器使用的评估和助听器一样，通过循证医学客观、科学和系统的方法实现。

2.1　护听器分类

护听器有不同分类方法。首先根据护听器外形和佩戴位置，可分成耳罩式护听器（earmuffs）和耳塞（earplugs）。

耳罩式护听器（图1）由耳罩或耳杯及头绷组成，耳罩内装有向聚氨酯海绵、或玻璃棉，或液体等吸声材料，用于衰减2000 Hz以上的高频噪声。

图1　耳罩式护听器

低于2000 Hz的噪声，耳罩越小声衰减较好。头绷张力越大，其隔声效果越好，但会影响其舒适性。市场常见的耳罩护听器的平均声衰减值在25 dB～28 dB，最高可达到39 dB，由于无法长时间保持理想状态的佩戴方式，加之骨导或者空气漏泄作用，很难在现实环境中实现最高的声衰减效果。

耳塞式护听器是插入外耳道内，或置于外耳道口处的一种护听器，由塑料、橡胶、硅胶和玻璃纤维等多种材料制成。这些材料具有较好的隔声性，不易破损，强度、硬度和弹性适当，容易清洗，消毒，不易产生永久性变形，老化和破裂，与皮肤接触时不会有刺激性。耳塞的结构设计充分考虑到佩戴时容易放进和取出，使用时不容易滑脱失落。携带方便。如果使用得当，耳塞的声衰减值一般在25～35 dB，对于高频噪声的强度衰减高于2000 Hz以下的噪声。

耳塞式护听器可分成标准型和定制型。标准型分大、中、小三个型号；标准型耳塞可进一步分为可塑式（formable earplugs）和非可塑式（premolded earplugs）两种，可塑式用防声玻璃棉或橡皮泥等材料制成（图2）非可塑式耳塞无法变形，需选择不同大小型号使用。有些耳塞附带有一个头绷（图3），能起到固定耳塞的作用，能提高佩戴稳定性和密封性。

定制型耳塞可以在个体耳朵取模基础上，用硅胶或者光合成材料制作，这种耳塞密封性好，配搭舒适，声衰减性能较好。但是如果耳模样获取质量不高，会大大影响降噪效果。

图2　可塑性性耳塞护听器

图3　头绷耳塞护听器

此外，还有一些其它用途的耳塞，如音乐家常用的高保真耳塞（hi-fi earplugs），这是一种特殊听力保护装置，通过耳塞的过滤器，使频段内各频率声均衡声衰减，以保证音乐的高度真实再现，常用的有Er-15和Er-25高保真耳塞等（图4）。

图4　Hi-Fi耳塞护听器

按照护听器对声音处理和衰减技术，可以分成被动式降噪护听器和主动式降噪护听器。被动式降噪技术采用无动力的机械装置，比如护听器耳罩表面开一通气孔，或内装一个机械阀门，当噪声级低于110～120 dB时，在1000 Hz以下，无明显声衰减，一旦噪声级超过120 dB时，通气孔内形成涡流产生低频声音衰减，可实现输入每增加2～4 dB，可提高1 dB的衰减。主动式降噪护听器采用有源动力降噪，可采用数字信号处理技术达到相同效果。这种在拐点以上才开始降噪的装置又被称为非线性降噪护听器，主要用在火器射击或者涡流喷气飞机噪声环境，作业人员还需保持一定的言语沟通能力。

2.2　护听器验配及使用

护听器是一个必须充分考虑上述噪声暴露环境、噪声源性质、噪声传播方式和作业人员工作性质等各个因素而定制的个人防护装置，预期声衰减值必须精准才能保证在降噪同时，安全有效地进行作业。需要按照规定对所选护听器进行客观评估，确定不同频率的声衰减值及频率特性，作为个体验配基础。

所谓声衰减指在一个特定测试信号下，比较受试者使用与不使用护听器时，两者听阈之差的平均分贝值不同国家有不同标准。

美国国家标准局制定的《听力保护器和耳罩物理衰减的实际护耳能力的测量方法（ANSI S3.19-1984）》以及ANSI Z24.22 和ANSI 12.6标准、欧洲ISO4869标准以及美国声学会的ASA STD-1等标准都提出如何鉴定护听器声衰减值的算法，这些标准的核心是以佩戴和不佩戴护听器受试者的听力阈值差值作为基础来推算该护听器的声衰减能力。这种方法被称为真耳听阈衰减法(real ear attenuation at threshold，REAT)，用于对护听器评估和作业人员护听器验配。

噪声衰减评估值(noise reduction rating，NRR)通过上述方法决定护听器的声衰减值或降噪实际能力（表1）。护听器声衰减值的计算除了需要获得护听器主要倍频率的衰减值外，还需有噪声环境C计权网络和A计权网络的实际噪声级；其中3 dB校正值是保证计算的噪声衰减评估值应尽量真实反映出实际噪声的暴露程度。

我国采用的护听器评估标准为《声学、护听器(第1部分):声衰减测量的主观方法(GB/T 7584.1-2004/ISO 4869-1:1990)》，这是从ISO4869标准转化的，基本测试方法与前面提到的真耳听阈衰减法近似，对受试者的听力阈值有严格规定：参加测试的受试者，用耳机测听时，在2000 Hz和2000 Hz以下各频率测得的每一耳的听阈级，应不大于15 dB，2000 Hz以上各频率应不大于25 dB。

美国听力保护协会推荐护听器验配公式如下[6]：

期望达到噪声级dB（A）=生产场所噪声级（dB（A））-（噪声衰减评估值-7 dB）

假设希望达到噪声级为85 dB（A），生产场所噪声级为110 dB（A），暴露于该噪声人员所需护听器的噪声衰减评估值不得低于32 dB NRR。

研究表明，NRR是在理想静止环境下获得的，与现实效果有明显差别，在评估使用效果时，有研究发现84%的护听器使用者报道在现实生活中，耳罩护听器的噪声衰减评估值只有10～12 dB NRR，而耳塞护听器还不到10 dB，厂家标示的噪声衰减评估值和实际效果评价相差13 dB。

欧盟提出参照ISO 4969-2标准制定的“单值声衰减评估值”（single number rating，SNR），与NRR不同的是SNR最终采用的一个数据表示，而不是一组基于倍频程降噪值；另一显著区别是将护听器频率声衰减特征分别用“高频”（H）、“中频”（M）和“低频”（L）表示，比如护听器标示为SNR30（H=32，M=23，L=15），说明声衰减评估值为30 dB，高频降噪为32 dB，中频23 dB，低频15 dB。这也是我国目前采用的标准。根据《保护规范》，企业应当提供三种以上护耳器（包括不同类型不同型号的耳塞或耳罩），供暴露于LAeq，8≥85dB作业场所的职工选用。职工佩戴护耳器后，其实际接受的等效声级应当保持在85 dB以下。

《保护规范》对于护耳器现场使用实际声衰减值，建议按以下方法计算：将护耳器声衰减量的试验室测试值或者厂家标称值，换算为国际标准《佩戴护耳器时有效A计权声级的评价》（ISO 4869-2）所定义的护耳器单值噪声降低数（SNR），再乘以0.6。护耳器单值噪声降低数可按该ISO标准或者有关国家标准进行计算。

与美国和欧洲不同，澳大利亚和新西兰采用SLC80（sound level conversion）表示护听器声衰减值。这种体系将护听器分成不同级别，每当噪声级增加5 dB，护听器级别提高1级，比如1级护听器用于不高于90 dB的噪声，2级用于不高于95 dB噪声，3级用于不高于100 dB噪声等，于是某护听器可表示为SLC80 29，Class 5。

当噪声超过110 dB（A）时，几乎没有任何单一护听器能有效地将噪声衰减到85 dB（A）以下，这时须考虑双重护听器，即同时使用两种听力保护装置，大都是耳塞和耳罩结合使用。双重护听器的声衰减总值不是两个护听器的算术总和，最多比单一护听器提高5～15 dB，而在2000 Hz，不会超过3 dB。