峰度在評估復雜噪聲引起聽力損失的研究

廣東工業大學自動化學院　曾毅強　徐維超

紐約州立大學普拉茨堡聽覺研究實驗室　邱　偉

1.前言

噪聲性耳聾是一種常見的職業病。工業噪聲普遍存在于生產勞動環境中，會損害人體的聽覺、心血管、消化、神經、內分泌以及視覺系統等，引起功能器官的紊亂和疾病。嚴格控制噪聲顯得十分重要。噪聲測量與評價是工業噪聲防治工作的基礎和難點。在噪聲所致生物效應研究中，復雜噪聲對工人聽力的損害是一個尚待研究的問題[2]。本文將研究峰度應用于評價復雜噪聲所致聽力損失的實際效果。

2.峰度介紹

當前噪聲暴露水平的國際標準（ISO 1999-2013）僅僅依賴于能量尺度。等能量假說認為患噪聲引起的聽力損失的風險與噪聲暴露總能量成函數關系[5]。但是一些流行病學上的研究表明工人在含有沖擊噪聲的環境中患噪聲性耳聾概率更高。Hamernik等[7]和邱偉等[8]的動物研究證實噪聲能量的時間分布在噪聲性耳聾上是一個重要的因素。不幸的是，這些研究都沒有在復雜噪聲與噪聲性耳聾之間的劑量-反應關系上提供足夠的信息。而建立劑量-反應關系的難點在于并沒有一個普遍接受的方式去描述復雜噪聲[5]。

以峰度來測量脈沖噪聲是Erdreich提出的，他建議用11s的時間長度來計算峰度，再用平均方法求出平均峰度，并與預先選定的峰度值進行比較。如果大于預定值，則將該噪聲劃分為脈沖噪聲;反之，則為非脈沖噪聲[2]。

峰度是用來度量數據在中心的聚集程度。噪聲的峰度值可以通過專用錄音儀記錄音頻后計算獲得。峰度是一個常被用來描述一個隨機變量概率分布形狀的統計量[2]。峰度的計算公式如下：

正態分布的峰度值約為3，而峰度大于3的分布稱為高峰度分布[2]。高峰度分布表現出在均值附近較為集中，而尾部趨于平坦的特性。

評估噪聲暴露與工人聽力損失的劑量-反應關系，通常將LAeq,8h與工人的噪聲工作工齡結合計算累積噪聲暴露量，用于量化每個研究對象的噪聲暴露水平[6]。

其中，LAeq，8h是8小時等效連續A加權聲級，在時間間隔Ti（年）里產生；n是該工人在工作中暴露的不同種類噪聲的總個數；Tref=1年。為了能得到準確的噪聲-劑量反應，本研究要求被研究對象只暴露于一種工作噪聲環境，那么n=1，方程(2)可簡化為：

為將峰度β引入復雜噪聲所致聽力損失的評估，根據等能量假說的描述，可以用峰度值對CNE在暴露時間上進行修正，使該方程能夠適應各種噪聲：

因為聽力損失與峰度值呈類似對數關系，因此引入ln(β)對CNE`作對數調整。高斯噪聲的峰度值約等于3，修正項[(ln(β+1.9)/log(2)]便等于10，因此，對于高斯噪聲，其經峰度調整的CNE`等于未調整前的CNE。從方程(4)可以看出，對于確定的LAeq，8h，復雜噪聲的累積噪聲暴露量大于高斯噪聲。

從計算峰度的方程式(1)可以看出，不同的計算窗口長度將得到不同的峰度值。基于以上動物實驗[7][8]，本文亦選取40秒計算窗口長度。在實際應用時，使用專用的數字噪聲錄音儀（ASV5910-R，杭州愛華儀器有限公司）對工作噪聲環境做全程（8小時）錄音，采樣頻率為48kHz，用40s計算窗口對8小時錄音進行無重疊峰度計算，然后求出峰度均值，用這個平均峰度作為這個噪聲的特征參量之一[1]。

目前國內外用峰度來對噪聲進行測量和評價主要涉及動物方面，而在人群中峰度對聽力損失的劑量反應關系尚待進一步驗證。

3.實驗過程及結果

采用國產ASV5910-R數字噪聲錄音儀，該儀器可以對被調查對象進行全程噪聲采樣，生成WAV格式音頻。通過讀取該WAV頭文件的信息，可以獲取靈敏度讀數，計算8h等效連續A聲級（LAeq,8h）等。

分別對6個工廠300多名暴露于工業噪聲的工人進行數據采集，包括噪聲錄音、純音測聽和問卷調查。其中接觸高斯噪聲86人，復雜噪聲277人。研究對象經過嚴格篩選，聽力數據經過年齡和性別校正。

噪聲對聽力造成不良生物效應首先反應在高頻段（主要在3-6kHz），于是將高頻聽力損失定義為：根據年齡和性別進行調整的任何一只耳在3、4或6kHz的聽力閾值大于等于30dB。根據該定義對每一位研究對象的聽力數據進行分析，按方程（3）和（4）分別計算CNE和經峰度調整的CNE`。把全部研究對象按其累計噪聲暴露量每5dB進行間隔。分別計算每個CNE間隔內研究對象的高頻聽力損失率（%Loss），表1和表2列出了暴露于高斯和復雜噪聲工人在各CNE和CNE`間隔內高頻聽力損失率。

表1　暴露于復雜和高斯噪聲的工人在每5dB CNE段的高頻聽力損失患病率

表2　暴露于復雜和高斯噪聲的工人在每5dB經峰度調整后CNE`段的高頻聽力損失患病率

圖1　復雜噪聲和高斯噪聲的累積噪聲暴露與高頻聽力損失患病率的關系

圖2　復雜噪聲和高斯噪聲的經峰度調整后累積噪聲暴露與高頻聽力損失患病率的關系

4.結果分析

圖1和圖2以圖形方式分別顯示了表1和表2的高頻聽力損失的劑量-反應關系。從圖1可以看出，在相同的CNE區間復雜噪聲引起的高頻聽力損失患病率明顯高于高斯噪聲；而用平均峰度對CNE進行調整后，兩者之間的差異顯著縮小，這是由于復雜噪聲的峰度值較大，經峰度調整后的CNE`比原始的CNE增大，而高斯噪聲的峰度值趨向于3，調整后CNE`變化不大。

5.討論

本文應用新的數據源對峰度應用于評價復雜噪聲所致聽力損失的實際效果作出驗證，證明了峰度可以作為能量的輔助參量，能夠更有效地評估工業噪聲，特別是復雜噪聲引起的工人聽力損失，峰度可作為一個很好的候選參量。顯而易見，峰度有簡單，容易計算等特點。但是它也有明顯的不足，如計算峰度統計量時使用40秒窗口是由于計算機性力所限、參考之前動物實驗[7][8]等原因，而不同的窗口長度會直接影響峰度值的大小。從而影響最終累積噪聲暴露量的計算。隨著人們使用耳機的日益頻繁，日常接觸到的噪聲疊加工業噪聲將對實驗統計結果的影響增大。如何更好地排除這些因素尚需更加深入的研究。

[1]邱偉,張美辨,徐維超,等.峰度在評估復雜噪聲所引起聽力損失中的應用[J].中華耳科學雜志,2016,14(6):701-707.

[2]邱偉,Roger,Hamernik,等.峰度在噪聲所致生物效應評價方面的研究進展[J].中華醫學雜志,2006,86(11):785-789.

[3]丁茂平,趙一鳴,穆玉梅,等.脈沖與穩態噪聲引起工人聽力損傷的差異[J].中華勞動衛生職業病雜志,1995(2):72-74.

[4]陳輝,蔣健敏,張美辨,等.工業噪聲測量指標研究進展[J].浙江預防醫學,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]謝紅衛,唐仕川,周莉芳,等.非穩態噪聲累積暴露量與聽力損失的關系[J].環境與職業醫學,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.