张 军，郑玉新，刘 石

（白城兵器试验中心，吉林 白城137001）

枪炮噪声和爆炸声由于其突发的高声强和特殊的物理性质，对周围人员、设备和环境都造成很大的危害和干扰，枪炮噪声造成靶场人员听器损伤已为人们熟知，这种强脉冲噪声可达170 dB以上甚至更高，这对周围人员的安全和声环境十分有害[1]。国军标GJB 2A-96、GJB 1158-1991 的制定为暴露在枪炮噪声环境下的工程技术人员提供了安全防护的依据[2-3]。但在实际工作中，为了通信方便，在小口径武器射击试验中一般不采取任何防护措施；大口径武器试验时，部分人员使用棉球作为简单的防护。根据实际噪声测试，即使是小口径武器，其射击过程产生的噪声峰值至少也在100 dB 以上，因此，从事射击试验任务的工作人员长期在这样的噪声环境下工作，将严重影响其身心健康。

强抗噪骨传导送受话器是一种利用骨传导技术[4-6]在提高送受话器噪声防护性能的同时兼顾通信质量的新产品。可以满足靶场射击试验等特殊场合对强噪声进行防护的需求。为评定该送受话器的噪声防护性能，进行了一定的试验研究。在模拟射手耳部位置放置噪声测试传感器，通过几种状态下的实弹射击测试，对该强抗噪骨传导送受话器的噪声防护性能进行测试、分析与评估。一方面为长期从事强噪声环境下作业的工程技术人员开展正常科研试验工作和保护身心健康提供一种新的更有效的防护装置，另一方面为这种新型噪声防护设备的设计改进提供一定的数据支持。

1 试验方法

强抗噪骨传导送受话器是一种利用骨传导技术实现噪声防护和通信质量有机统一的新产品，除具有一般送受话器的功能外，还提供了一个ANR(Active Noise Reduction)开关。按照设计目标，在ANR开关关闭的状态下，可以作为普通的噪声防护器具以及一般的送受话器使用；在ANR开关开启的状态下，其应较一般的送受话器具有更强的噪声防护性能以及更好的通信质量。

（1）试验材料与场地。强抗噪骨传导送受话器四具；某大口径机枪一挺；某小口径步枪一支；机枪弹360发；步枪弹360发；测试传感器选用B＆K 4938型噪声传感器；场地要求其周围50 m 无突出障碍物。

（2）试验方法。测试要求气象条件为地面风速≤5 m/s，无雨、无雪、无雾天气。为了降低环境噪声对测试结果的影响，选择无风天气（风速小于1 m/s），经现场测试，此时的环境噪声最大为90 dB且环境噪声波动较为平稳，而待测的2 种口径枪械的现场实测噪声峰值声压级至少为120 dB 以上。根据GB 12348-2008_工业企业厂界环境噪声排放标准[7]和GB 12523-2011_建筑施工场界环境噪声排放标准[8]中的规定，噪声测量值与背景噪声值相差大于10 dB 时，噪声测量值不做修正。这也就是说，当环境噪声低于测量噪声10 dB 以上时，认为测量结果不受环境噪声的影响。

在模拟射手头部耳道内布置噪声测试仪器，测试模拟射手耳部位置脉冲噪声峰值（方法一）；在受话器耳包内放置噪声测试传感器，在ANR开关关闭的情况下测试耳包内模拟射手耳道脉冲噪声峰值（方法二）；在受话器耳包内放置噪声测试传感器，在ANR 开关打开的情况下测试耳包内模拟射手耳道脉冲噪声峰值（方法三）；按照上述3 种情况机枪和步枪各射击3组，每组射击方式为单发射击10发，连发射击5～10 发（射击长度由射手自行控制），其中步枪射击时采取射手立姿射击，机枪射击采用依托架体近地面射击（如图1所示）。图1为试验现场及模拟射手耳部传感器布设情况。

图1 试验现场及传感器布设

2 试验结果

根据上述试验方法分别进行射击试验，获得了一系列测试结果。典型的时域曲线数据如图2所示。其中，图2(a)为按照试验方法一，不加防护装置，直接在模拟射手头部耳道内布置噪声测试传感器的测试结果；图2(b)为按照试验方法二，在送受话器内放置噪声测试传感器并使其ANR 开关关闭情况下的测试结果。

图2 典型噪声曲线图

由图中可以看出，安装送受话器前后，单从简单的时域图并不能获得用于评定送受话器性能的更多相关信息，因此需要进行一定的数据处理。通过倍频程计算获得不同状态下声压级与中心频率之间的关系数据，同时也提取了各状态下时域曲线的峰值声压级数据用于进一步的分析与评定。

2.1 机枪射击试验结果

如表1所示为使用某大口径机枪射击得到的数据处理结果。

单发射击时，分别使用上述3 种方法得到的脉冲噪声峰压值分别为134.7dB、134.4 dB、134.3 dB；连发射击时，脉冲噪声峰压值为132.2 dB、135.4 dB、136.0 dB。送受话器防护性能测试结果的频域特性分析图如图3所示。图3(a)为在单发射击情况下，分别采用3种试验方法进行测试的频域分析图，图3(b)为连发射击情况下，分别采用3 种试验方法进行测试的频域分析图。

2.2 步枪射击试验结果

如表2所示为使用某小口径步枪射击得到的数据处理结果。

单发射击时，分别使用上述3 种方法得到的脉冲噪声峰压值分别为125.3 dB、113.0 dB、105.7 dB；连发射击时，脉冲噪声峰压值为129.0 dB、115.7 dB、110.5 dB。送受话器防护性能测试结果的频域特性分析图如图4所示。图4(a)和图4(b)分别为单发和连发射击情况下，分别采用3 种试验方法进行测试的频域特性分析图。

图3 送受话器防护性能频域特性（大口径机枪）

图4 送受话器防护性能频域特性（小口径步枪）

表1 送受话器防护性能数据结果(大口径机枪)/dB

表2 送受话器防护性能数据结果(小口径步枪)/dB

3 讨论

3.1 噪声防护性能

3.1.1 幅值分析

声学界和医学界普遍认为峰值声压级是造成人体和听觉损伤的主要因素，因此，世界各国的枪炮噪声标准都以峰值声压级作为主要评价依据[1]。这里，我们对于试验结果的幅值分析也以峰值声压级为主进行分析比较。

从试验结果总体来看（如表2），小口径步枪采用3种方法进行测试的结果比较符合我们对于噪声特性的一般理解，当单发或连发射击时，无防护状态下的峰值声压级是最高的，其次是有防护状态（ANR开关关闭），防护效果最好的是有防护状态（ANR开关开启）。单发射击时，有防护状态（ANR 开关关闭）和有防护状态（ANR开关开启）两种状态较无防护状态下的峰值声压级分别降低了12.3 dB 和19.6 dB；连发射击时，有防护状态（ANR 开关关闭）和有防护状态（ANR 开关开启）两种状态较无防护状态下的峰值声压级分别降低了13.3 dB 和18.5 dB。当送受话器的ANR 开关开启时可以达到最大的噪声衰减作用，在单发和连发射击时的峰值声压级分别降低了19.6 dB和18.5 dB。

从大口径机枪的峰值声压级测试结果看，在单发射击时，送受话器起到了一定的防护作用，但是作用很小，最大噪声衰减量为0.4 dB；连发射击时，送受话器的存在反而增加了接收到的峰值声压级[9]，原因可能是一方面大口径机枪射击产生的噪声频谱分布与小口径步枪射击时产生的噪声频谱分布有一定差别，另一方面是由于送受话器仅对一定频率的噪声衰减作用较好而对一些频率的噪声在一定程度上反而有小幅增强作用引起的。

3.1.2 频域分析

由图3、4可以得出送受话器在频域内的噪声衰减特性，如图5、6所示。

由图3大口径机枪射击时送受话器的频域特性上可以看出在正常射击（无防护）时，连发射击与单发射击相比的噪声特性是：在低频区（1 kHz以内）声压级无明显变化，表现为在某些频段稍有增强而在某些频段有些许减弱；在高频区（2 kHz 以上），连发射击的声压级较单发射击时有明显衰减，且衰减量随着频率的增加呈增大趋势。

由图5送受话器频域衰减特性分析中可以看出，在单发射击情况下，送受话器对高频区的噪声衰减效果比较好，而对低频区噪声的衰减作用不明显且对部分区域有小幅增强作用，同时可以看出ANR开关在频域的衰减上没有发挥其应有的降噪防护作用，反而由于ANR开关的开启使得通过送受话器的噪声量有较大的增加；在连发射击情况下，由其本身特性决定高频区声压级较单发射击时已经有明显减弱（如图3所示），因此，防护装置对高频区的噪声衰减效果没有单发射击时明显，但送受话器的防护作用仍然体现在对于高频噪声的衰减上，且在高频区的衰减量与低频区的增强量基本持平，而ANR开关的开启在大部分频率范围内起到了一定的衰减作用。

图5 送受话器频域衰减特性（大口径机枪）

图6 送受话器频域衰减特性（小口径步枪）

由图4小口径步枪射击时送受话器的频域特性上可以看出在正常射击（无防护）时，连发射击与单发射击相比的噪声特性无明显差别，在全频域内连发射击的声压级较单发射击时要高，总体趋势是随频率的增加声压级增量在减小。

由图6步枪射击时送受话器频域衰减特性分析中可以看出，在单发射击情况下，送受话器对高频区的噪声衰减效果很明显，而当ANR 开关开启后，送受话器对高频噪声和低频噪声无明显影响，而对中低频噪声衰减效果较好，因此在一定程度上达到了噪声防护的效果。其连发射击状态下的性能与单发类似，可以从图6(a)、图6(b)的比较中得出，这里不赘述。

3.2 噪声对通信效果的影响

由声学原理可知，人能感知的声音频率范围为20 Hz～20 kHz。人的语音频率范围为80 Hz～8 kHz。但300 Hz～3 400 Hz 的频谱范围内话音的清晰度为90%，可懂度高达100%[6]。

根据上述的分析讨论可知，送受话器对中高频噪声的总体衰减效果较好，而人在300 Hz～3 400 Hz的频谱范围内话音的清晰度好、可懂度高，因此，该送受话器可以满足通信的需要，在语音可懂度高的频段内有效地降低了噪声。实际试验中对多名操作手的调查结果也证实了该结论的正确性。

3.3 小结

由上述分析可知，这种骨传导送受话器对于小口径步枪射击噪声的防护作用要好于大口径机枪，而该送受话器上的ANR 开关设计也只针对小口径步枪射击噪声的防护作用明显。从送受话器的总体噪声防护作用来看，ANR 开关的设计存在一定问题，可以满足小口径步枪射击时的噪声防护要求以及通信需要但是不能满足大口径机枪射击的噪声防护要求。从峰值声压级和频域特性上看，要使所设计的ANR 开关起到主动降噪的作用一方面其降噪作用要覆盖尽量宽的频域范围，另一方面其相应的降噪量要相对明显，如图5(b)。虽然ANR 开关在较大频域范围内起到了一定作用，但其降噪量相对较小，因此，从整体效果看ANR 开关的主动降噪作用发挥仍不明显。

4 结语

为评定一种强抗噪骨传导送受话器的噪声防护性能，进行了一系列的试验研究。在无防护、有防护（ANR开关关闭时）和有防护（ANR开关开启时）3种状态下，分别用小口径步枪和大口径机枪进行射击试验，获得了该产品的噪声环境下的性能数据，并结合测试结果的幅值特性和频域分析进行了详细的讨论。通过讨论分析认为，该送受话器在小口径步枪射击时的噪声防护作用优于大口径机枪，能够达到噪声防护的一般要求。但从总体噪声防护性能来看，该送受话器中的ANR 开关设计存在一定问题，没有完全达到主动降噪的作用，需要进行进一步的设计和改进。