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作者:游景鈺、徐業良(2002-10-01),推薦:徐業良(2003-01-17)
附註:本文勞工保險局補助「職業災害預防及職業災害勞工重建事項」計畫申請書。

防音耳罩性能及舒適性整合測試機台之設計製作以及可調整濾波式防音耳罩之研發

1.     計畫摘要

本研究將延續先前與勞委會合作之防音防護具舒適性能評估研究計畫,藉由先前計畫之各項成果,進一步完成防音耳罩舒適性能以及防音性能之整合性測試機台,使防音耳罩之性能測試得以簡化,並獲得客觀、可靠之測試數據,方便一般高噪音工作環境廠商得以自行檢測其防音耳罩是否性能衰減、必須更換,並能自行比較適合之市售防音耳罩,使勞工之聽力獲得保障。除此之外,本研究亦將深入研究慮波式防音技術,研發慮波式防音耳罩,解決佩帶耳罩不易交談之問題、提升防音耳罩之防音性能,並結合先前計畫之防音耳罩舒適性設計指標,提升防音耳罩之舒適性能,以提升勞工佩帶耳罩之意願,確實保護勞工聽力。

2. 計畫之背景與計畫目標

噪音為一種不規則且具刺激性的聲波,或可簡單的定義為令人不愉快的聲音。一般來說,噪音對人體的影響可分為精神與生理層面,突然而強烈的噪音能造成精神上驚嚇的反應,而處於噪音環境下一段時間將不只降低工作效率以及生理機能,還會造成聽力衰減。許多研究指出,長期處於噪音高於95分貝的環境下將導致明顯的聽力創傷[Jansen, 1969; Gulian, 1974; Burns, 1979],最壞的情形將使聽力喪失,而根據恢復時間的長短,可分為暫時性以及永久性的聽力喪失,前者將在離開噪音環境後一小段時間內恢復正常聽力,後者則因纖毛細胞遭受長期影響,導致聽力永久性的損壞[Sanders and McCormick, 1987]

勞工之工作環境中常會無可避免地接觸到噪音,若長久暴露於高噪音之環境下,會對聽力健康造成嚴重的危害。工業生產之場所中常常遍布許多噪音源,尤其以製造業之紡織業、鋼鐵業、金屬工業、製造裝配業、造船廠、航空站、製材場、礦坑、隧道工程等等會發生強烈噪音的場所,噪音對勞工聽力所造成的影響會更為顯著。

1997年在針對台灣地區噪音作業環境下工作勞工所作的三萬多筆分析資料之中,聽力損失已達40分貝以上的個案共佔總樣本數之24%,比例非常高;也有報告指出,在85分貝的環境下工作十年,對頻率2000Hz聲音的聽力保持正常,但4000Hz的聽力平均減低了10分貝;而在90分貝的環境下工作十年,對頻率2000Hz聲音的聽力平均減低3分貝,4000Hz的聽力大幅減低17分貝【防音防護具主觀性能測試研究,1998】;而依據勞保職業病給付統計資料,聽力損失一直居給付第2位。由此可見,在噪音環境下作業導致勞工聽力嚴重損失,是台灣地區勞工相當普遍的職業疾病,勞工工作環境噪音防制是十分重要的課題。

2.1 噪音之定義

美國勞工部職業安全衛生署(OSHA)將噪音定義為“足以傷害聽力的聲音”,而我國政府頒定的噪音管制法中第二條中亦有明確之定義:

“噪音係指發生之聲音超過管制標準而言,聲音係由物體振動產生空氣壓力之擾動,在空氣中之波浪運動傳達人耳而感知,聲音之物理性能量對人體不僅產生生理效應,亦有心理影響,就生理效應而言,長久在音量八十五分貝以上,才會引起聽力障礙;在心理因素方面,音量超過五十分貝以上,就可能造成睡眠影響、腦波變化或厭惡感。”

聲波於每秒內的擾動次數稱為頻率(frequency),單位為“Hz”,人的可聽音帶頻率範圍20~20000Hz。人耳對低頻較不敏感,而對1000~4000Hz的範圍較為敏感,圖1所示為人的聽覺範圍以及會感到不適的範圍【行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,19962所示為各種聲音的頻率範圍【張柏成,1987

1. 人耳可聽見的音頻與音壓

2. 各種聲音的頻率範圍

聲音音量大小和聲壓有關,即聲波傳遞所引起之大氣壓力差值。人耳可聽音壓範圍為2×10-5Pa~100Pa,幅度十分寬廣,所以在量測及處理噪音量大小時使用聲音「強度位準(Sound Intensity Level, SIL)」做為測量的相對單位,單位為分貝(db),其計算公式如下:

        SIL10×log(I/Io)                                                                             (1)

其中I為聲音強度,即功率以一定方向通過一單位面積(單位為watt/m2),

        IW/S(Power)/(Area)                                                                (2)

Io為基準音強,國際標準為10watt/m2。圖3所示即為各種噪音、人類交談以及人體感到痛楚不適的分貝數【張柏成,1987】。

3. 各種聲音的音壓階(db)大小

根據醫學報告指出,噪音不但會影響聽力、血壓,增加心臟血管疾病的發生率,也會影響消化功能,導致消化性潰瘍;還會造成頭痛、頭暈、疲勞、肌肉緊張、瞳孔放大、脈搏加快、情緒困擾、失眠、減低工作效率、導致工作意外增加、妨礙記憶…等對人體的危害,嚴重者可能導致心律不整等疾病。而如果是處在高噪音的環境下,經過一段時間後會使聽覺器官內的毛細胞受傷而出現暫時性聽力受損;而如果繼續長時間暴露在高噪音的環境下,不但受損的毛細胞無法復原,還可能造成永久性的聽力損失,因聽力損失的特色即是其為“不可逆”、“不可復原”之過程,一旦發生聽力受損,以目前的醫療科技還沒有辦法治療,只有避免聽力繼續惡化,而無法恢復原來的健康【勞工聽力危害預防手冊,1999】。

為避免噪音對勞工健康產生之危害,勞工安全衛生法對勞工於高噪音工作場所中的工作有下列之規定:

l          勞工安全衛生法施行細則第21條:噪音在85分貝以上之作業為特別危害健康之作業。

l          勞工安全衛生設施規則第283條:雇主為防止勞工曝露於強烈噪音之工作場所,應備置耳塞、耳罩等防護具,並使勞工確實戴用。

l          勞工安全衛生設施規則第300條:勞工8小時日時量平均音壓級超過85分貝或暴露計量超過50﹪時,雇主應使勞工戴用有效之耳塞、耳罩等防音防護具。

l          勞工安全衛生實施規則第341條:勞工工作場所機械設備所發生之音響,不得超過90分貝,超過時雇主應使勞工著用防音防護具。

2.2 噪音防制與防音防護具

噪音的抑制可以由噪音源端、噪音傳導路徑、或接收者端著手,其中直接降低噪音源的噪音為最有效的方法,其次為阻隔噪音的傳導路徑,最後是被動地以配戴防音耳罩達成自我保護。三種噪音防制的方式簡要敘述如下【勞工聽力保護計畫指引第二版,1999】:

(1)   噪音源之控制:

l          機器設備之更換與消音器設計。

l          物料運輸過程之改善。

l          噪音源振動之衰減。

(2)   噪音傳播途徑之控制:

l          將噪音源封閉覆蓋,減少噪音輻射面積。

l          設置隔音屏或隔音牆。

l          貼附或懸吊適當之吸音材料,吸收噪音,減少聲音之迴響。

l          將各反射面進行吸音處理。

l          增加受音者與音源間之距離。

l          主動控制技術之應用。

(3)   受音者噪音暴露的降低:

l          作業人員隔離於防音工作室內。

l          防音防護具之配戴。

l          勞工暴露時間管理。

在工業噪音的防制上,又以配戴防音防護具為最經濟的解決方式[Sanders and McCormick, 1987]。研究文獻指出,減少接觸噪音與配戴耳罩、耳塞之類的防音防護具可避免噪音造成聽力喪失,配戴防音防護具將能降低約3040分貝的噪音音量,且耳罩有較耳塞高的保護效果[Phoon and Lee, 1993; Rabinowitz, 2000]。由此可知,防音防護具是為保護勞工聽力健康產生之重要工具,表1為各種防音防護具的總類以及適合使用之工作環境【勞工安全衛生研究所,民八十四年】。

1. 聽力防護具種類與適用環境說明表

聽力防護具種類

說明

適用環境

一般防音耳罩

適用於高噪音之工作場所

紡織業、金屬業

主動噪音控制耳罩

依外界噪音變化產生人為聲音相互抵消

飛機機艙、鍋爐機房

通訊用耳罩

除了保護的效果,並可接收通訊、娛樂與緊急信號

航空站、飛機內通話

搭配型耳罩

能與其它防護具一起搭配使用,例如安全帽、面罩、口罩

鋼鐵加工業、礦坑、焊接

模壓型耳塞

由軟矽膠、橡膠、或塑膠材料製成,直接插入外耳道使用

製造業、造船廠

可壓縮型耳塞

由海綿等軟質材料製成,以手壓縮後再置入外耳道

加工業、修理廠

2.3 防音防護具舒適性能評估研究

儘管聽力防護具對於高噪音作業環境下勞工聽力的保護十分重要,且相關法令對於配戴時機也有明確規範,但勞工實際使用之情況往往未如預期理想,究其原因在於聽力防護具經長時間配戴後會使人體產生不舒適感,而降低勞工的使用意願。

本計畫主持人及共同主持人曾在民國八十九年接受勞委會勞工安全衛生研究所之委託,進行「防音防護具舒適性能評估研究」計畫,為期兩年。計畫的目的即是針對防音耳罩之舒適性,提出具體之評估方式,並提出舒適性改善之方式,期能提供廠商設計製造、勞工選用防音耳罩,乃至於政府部門制訂防音防護具相關法規之參考,提升勞工朋友配戴防音耳罩之意願。

「防音防護具舒適性能評估研究」計畫中,首先經由防音耳罩市售產品分析、專利分析、舒適性問卷調查等工作,制訂出配戴者所重視的數項舒適性能指標,包括耳罩夾緊力、散熱性、密合度,與重量等項目;接著參考國際相關測試標準建立舒適性能測試機台,能夠量測防音耳罩各項舒適性指標,並透過主觀人體實測,訂定出各項舒適性指標的舒適性數值範圍。藉由以上研究結果,並建立有限元素電腦模擬力學分析模型,對於防音耳罩各項尺寸參數反覆驗證,我們得以針對各項舒適性能指標提出設計準則。最後本研究具體提出舒適化防音耳罩的設計,除重量、夾緊力等數據能合乎舒適性要求之外,並提出可調整濾波式防音耳罩設計,希望解決配戴防音耳罩時不易與人對話的問題。

2.4 計畫目標

本研究計畫之目的,便是在延續先前「防音防護具舒適性能評估研究」計畫之研究成果,設計製作防音耳罩性能及舒適性整合測試機台,並研發可調整濾波式防音耳罩,研究成果更期望能與國內相關廠商合作商品化,提供勞工朋友們更完善的聽力防護設備。

(1)   防音耳罩性能及舒適性整合測試機台之設計製作

防音防護具相關測試往往只能在商品檢驗局等檢驗機構進行,一般高噪音工作環境之廠商在選購防音耳罩時,對於其舒適性難有客觀的評量標準,且防音耳罩經過長期、反覆使用後,往往材質老化、防音功能衰減,無法對勞工聽力提供適當保護,但廠商、使用者也缺乏適當的設備自我檢驗。

本計畫將以先前計畫設計之防音耳罩舒適性測試機台雛形為基礎,進一步整合各項功能,使成為一防護耳罩完整性能測試機台。使用者可以此測試設備分別量測防音耳罩夾緊力、散熱性,與密合度等三項舒適性指標,以及防音耳罩對於不同頻率的噪音的防音性能,讓使用者得以自行評估、了解市售防音耳罩之舒適性能與防音性能,有助於自行選購符合需求之防音耳罩,並能即時發覺耳罩性能衰減,並與以更換。

(2)   可調整濾波式防音耳罩之研發

傳統之防音耳罩僅能達到阻隔外界聲音的功能,除了必須被阻隔的噪音之外,人說話的聲音也被阻隔了,造成了交談的不方便,甚至可能引發危險,此點也是先前研究計畫問卷調查中,使用者反應最重要的問題。

較新型的耳罩改進吸音材質,使得對不同的聲音頻率有不同的遮音效果,但實際效果並不理想,交談仍然不甚方便。市售產品中發現新式的電子式防音耳罩,其原理是藉由麥克風收集並過濾外界的聲音,將噪音的部分濾除,而將人聲保留,並以小型喇叭放音,可達到阻隔噪音又能有效傳遞人聲的效果,但此類國外進口防音耳罩,仍有成本及舒適性上的缺點。本計畫中我們亦將採取類似原理改善防音耳罩造成交談不變的缺點,並附加多種可調整是濾波功能增加其方便性,同時與先前研究計畫中獲得之防音耳罩舒適性設計準則結合,提升防音耳罩之舒適性能,期能提升勞工佩帶防音耳罩之意願,預防噪音環境下的職業傷害。

本計畫對先前「防音防護具舒適性能評估研究」計畫相關技術、產品之延續開發,已徵得原計畫委託單位同意。

參考資料

Burns, W., 1979. “Physiological effects of noise.” In C. Harris (ed.), Handbook of noise control. New York: McGraw-Hill.

Gulian, E., 1974. “Noise as an occupational hazard: Effects on performance level and health.” A Survey of the European literature. Cincinnati, OH: National Institute for Occupational Safety and Health.

Jansen, G., 1969. “Effects of noise on physiological state.” In W. D. Ward and J. E. Frick (eds.), Noise as a public health hazard, ASHA Rept. 4. Washington: American Speech and Hearing Association.

Phoon, W. H., and Lee, H. S., 1993, “Hearing protection plans require proper ear plug selection, usage,” Occupational Health & Safety, Vol. 62, No. 5, pp. 98-100

Rabinowitz, P. M., 2000, “Noise-induced hearing loss,” American Family Physician, Vol. 61, No. 9, pp.2749-2756

Sanders, M. S. and McCormick, E. J., 1987. Human Factors in Engineering and Design (6th edition). New York: McGRAW-HILL, pp.478-479.

CNS國家標準之防音防護具,總號8454,類號T2012

「防護具選用技術手冊-防音防護具」,勞工安全衛生叢書,行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,勞工安全衛生技術叢書,中華名國八十四年

「勞工聽力保護計劃指引」,勞工安全衛生叢書,行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,勞工安全衛生技術叢書,中華民國八十八年,IOSH88-T-020

「防音防護具主觀性能測試研究」,勞工安全衛生研究報告,行政院勞工委員會勞工安全衛生研究所,八十七年度研究計劃,IOSH87-M341

3. 辦理方法

本研究中的主要項目分為兩個部份,設計製作防音耳罩性能及舒適性整合測試機台,並研發可調整濾波式防音耳罩。在防音耳罩測試系統方面,先前的計畫已經完成舒適性測試部份,本計畫將著重於防音性能測試功能。在可調整濾波式防音耳罩部分,先前計畫以初步完成濾波原理的驗證以及濾波模組的原型製作,本計畫中將更深入研究聲音訊號濾波技術,提升濾波品質與實際防音效果,並進行耳罩原型製作。除此之外,將持續蒐集並分析新式特殊防音耳罩技術,以利本研究之技術開發。

3.1 配戴防音防護具時噪音傳導方式

人類聽覺產生原理,是聲波藉著空氣振動傳遞,經外耳道進入傳至耳內,引起鼓膜振動,接著再傳至內耳耳蝸,耳蝸內有上萬個聽覺毛細胞,聲音經毛細胞接收後再經由神經傳入腦部,而使人聽到聲音。因此要防制噪音,就得將聲波阻隔於鼓膜之前,這又牽扯了聲音至耳內的傳遞方式,以下將詳述配戴防音防護具聲音之傳導方式:

(1)    骨導音

聲音的傳遞除可經由外耳、中耳至內耳的途徑,順沿耳道進入外,同時可經由骨骼組織直接傳遞至內耳。當人體暴露於噪音環境下時,實際上人體也會受到噪音的撞擊,並且產生振動能量的傳遞,只是經此途徑所傳遞的能量與經由空氣傳導、從外耳進入傳遞至內耳的聲音能量比較起來,所佔比例非常小,故通常較不易為人所注意。

(2)    防音防護具的振動

當噪音撞擊到防音防護具後,導致防音防護具因聲波的衝擊產生微弱的振動,進而產生聲能傳遞至外耳。通常此一部分的能量,可以藉耳罩的軟護墊設計,來減低此振動能量的傳遞。

(3)    氣導洩漏

在佩戴防音防護具時,由於防音防護具與外耳道之間無法完全的密閉,導致噪音由防護具外部滲漏進入外耳道。例如於佩配耳罩型防音防護具時,因受頭髮或配戴眼鏡的影響,導致防護具無法與人體完全密合而產生氣導洩漏,聲音便因氣導洩漏傳遞進入耳內。氣導洩漏通常會嚴重影響防音防護具的隔音值(聲音衰減值),針對耳罩型防音防護具而言,若其耳罩護蓋上有任何破洞產生,則此耳罩將幾乎完全喪失隔音性能。

(4)    材料洩漏

材料洩漏是指製造防音防護具的材料,其材質對聲音的傳遞損失(transmission loss)有一定數值,因為噪音也會經由防護具材料本身傳遞至外耳道,故材料本身若具有較高的傳遞損失,則可以增加防音防護具的隔音值,例如耳塞在耳道中形成氣密的長度愈長,其隔音的效果會愈好,正是因為材料傳遞損失較高的緣故。

預防振動、氣導洩漏、與材料洩漏,都是防音防護具設計上提升防音性能之重要原則。

3.2 測試機台設計規劃

防音防護具相關國際標準中,對於舒適性、防音性能的測試方式,已有許多規範,整理敘述如下:

(1)    耳罩夾緊力測試

各國際標準均規劃有針對耳罩頭帶力量進行測試的標準內容,且測試方式與驗證標準大同小異,可加以參考作為耳罩夾緊力測試的基礎。經過分析整理發現,中國國家標準CNS與歐洲標準EN於此測試項目的內容較為詳盡與相似,故決定以此二標準作為夾緊力測試的設計規範。以下將二標準內對此測試項目之規定內容加以整理。

CNSEN測試頭帶力量的方法均為將待測耳罩加以調整後固定於一適當之架撐模型上,此架撐模型功能為模擬使用者頭部尺寸以建構實驗進行環境,測試期間不改變二塊調整板間距離,於佩帶耳罩經過規定時間後量測頭帶彈性施加於二塊調整板之力量範圍。CNSEN試驗程序相同,不同處僅為架撐模型所建構出之頭部尺寸,考量各國國人頭部尺寸間差異,架撐模型尺寸將以勞委會近期公佈之國人人體計測資料為標準進行製作;而夾緊力測量時間二標準均規定為120 ±5秒。

(2)    耳罩散熱性測試

所蒐集之國際標準中並無針對耳罩散熱性進行測試之項目,多數標準僅針對聽力防護具若干零件或製作材質進行耐熱性測試,如中國國家標準CNS、歐洲標準EN均規劃有耳塞耐熱試驗,用以評估耳塞材質於高溫下是否會發熱燃燒,而澳洲標準AS/NZS中則規劃有耳罩高溫環境測試,亦僅為針對耐熱性進行之試驗。

(3)    耳罩密合度測試

CNSEN標準均規劃有耳罩彈性墊壓力試驗,因彈性墊壓力與密合度間有絕對關係且測試方式具備相似性,故可以彈性墊壓力試驗標準作為評估耳罩密合度之基礎。

彈性墊壓力試驗進行方式亦是以架撐模型建構出頭部尺寸,而後將一張大於耳罩彈性墊表面範圍之試紙貼附於調整板上,試驗時於彈性墊上塗一層標記物(稀釋之印刷油墨白色石油膠或乳化漆)後將耳罩固定於架撐模型上,經過120 ±5秒後讀取力量感測器之數值與量測彈性墊接觸區域之壓痕,但各標準中並無詳細規範壓痕量測評估之方式。

(4)    防音耳罩插入損失測驗

此測試標準中又可分為兩大類:主觀法(subjective method)與客觀法(objective method)。主觀法是以真人當作測試的媒體,又稱真人法或人耳法,所測試出來的防音防護具聲音衰減性能,稱為聲音衰減(sound attenuation)或人耳衰減(real-ear attenuation),而試驗所得數值即是在聽力保護計畫中,評估防音防護具防音性能時所採用的測試數據;而客觀法是以金屬製成的假人(acoustic test fixture, ATF)作為測試媒介,經此測試方法所得的防音防護具聲音衰減性能,稱為插入損失(insertion loss)

以假人所測試出來的結果不能作為評估防音防護具對聲音阻隔能力的標準,但是因為客觀法的測試速度較主觀法為快,且測試設備的成本較低,故仍經常被用來檢驗產品的品質。在這些測試標準中,為了保證測試結果的再現性與正確性,都訂立有非常詳細的測試規定要求:測試環境須為擴散音場、測試訊號須為粉紅噪音,並經由八音階頻帶濾波器濾波後撥放,而測試程序、受測人員或ATF等,均須符合相關規定。

本計畫的目的是在開發一套使用者得以自行評估、了解市售防音耳罩之舒適性能與防音性能之設備。本研究機台開發測試原理上將完全依據相關國際標準,但同時也將以產品開發的角度出發,著重使測試程序簡化、縮短測試時間、簡化測試之操作介面,讓非專業防音防護具研發人員也能簡單的使用本測試機台,獲得可靠、客觀的性能測試數據。

3.3 可調整濾波式防音耳罩技術規劃

防音耳罩設計上有幾種特殊的防音技術,不同於傳統的防音耳罩以材料、填充物隔絕外界聲音、對不同頻率的聲音產生不同衰減值,而以電子式、滅音閥式的技術達到防制噪音的目的,有些技術亦可以達到保留人聲、過濾噪音的功能,以下將詳細敘述各項技術:

(1)    振幅感度防音防護具(amplitude sensitive protectors)

其功能設計是當外界噪音量增大時,隔音效果也增加;當外界噪音量減小時,隔音效果也跟著減小。換句話說,對於較低的談話聲音量,由於此時防護具的隔音效果小,談話聲音可聽得較清楚,但對於外界較高的噪音量,則防護具的隔音效果變高,可以對聽力有較佳的保護。

(2)    主動噪音控制耳罩(active noise control earmuff)

應用電子線路產生人為聲音與既有噪音互相結合,應用兩者間相位差異將噪音抵消,以達噪音減量之目的。主動噪音控制耳罩適用於穩定且低頻的噪音消除,此特點正好彌補了傳統防音防護具對低頻噪音隔音較弱的缺點,因此非常適合於以低頻噪音為主的工作環境中使用,例如:飛機機艙、鍋爐房、冰水主機房、船舶、工場等。而較高水準的主動噪音控制耳罩,更進一步使用感測器不斷偵測外界噪音,即時根據外界噪音變化產生人為聲音相互抵銷,能夠得到非常理想的隔音效果。

(3)    主動式振幅感度耳罩(activate amplitude sensitive protectors)

基本上,應用此項技術之防音耳罩都有一微型麥克風置於耳殼護蓋外側,接收外界聲音訊號,經由訊號電路與放大電路以及耳殼護蓋內之小型喇叭,發出聲音,在外界聲音的音量超出安全標準時,放大電路並不作動,聲音將不藉由小型喇叭傳至人耳,而當外界聲音音量在安全標準內時,例如人說話的聲音,放大電路將產生一增益,堆動小型喇叭將聲音由外界傳遞至人耳,達到防制噪音,保留人聲的效果。

(4)    電子濾波式防音耳罩

此項技術與上述主動式振幅感度耳罩非常類似,同樣的藉由微型麥克風接收外界聲音訊號,不同的是此項技術將聲音訊號以濾波電路先行過濾,將非人聲頻帶的聲音訊號消除,保留人聲頻帶的聲音訊號,再經由放大電路推動耳殼護蓋內部之小型喇叭,將聲音傳達至人耳,達到防制噪音,保留人聲的效果,我們稱之為電子濾波式防音耳罩。

本研究在提升防音耳罩防音性能方面,主要將採用電子濾波方式,藉由微型麥克風接收耳罩外界訊號,經過濾波後放大,在以小型喇叭輸出聲音,濾波部分可說是本研究的核心技術。在先前研究中,我們採用簡易的RC濾波方式已初步達成濾波效果以及可調整濾波頻帶功能,但由於濾波器濾波特性問題,實際獲得的濾波效果並不明顯,聲音品質亦有待改進,因此,我們將對濾波的技術以及聲音訊號處理等問題深入研究,選擇適當的濾波特性,使濾波效果提升,參考聲音訊號處理的研究,改善濾波後的聲音品質。

市售特殊防音耳罩已發現幾種電子式防音耳罩,其原理大多將外界聲音訊號以麥克風接收,將頻率不在人聲範圍的訊號濾除,並以內藏小型喇叭放出,藉以達到過濾噪音,保留人聲的效果:

(1)   Bilsom 707 IMPACT

此款電子式耳罩為Bilsom公司生產,其特點可隔絕外界噪音傷害,並允許低頻的聲音如人聲、警告聲傳遞至耳殼護蓋內,方便在噪音環境下交談,並保障工作安全,其他功能為可調整過濾後訊號之音量。圖4和表2為其產品規格及其外觀,其允許通過頻率範圍為400~3500Hz,電池壽命達500小時。

4. Bilsom 707 IMPACT外型圖

2. Bilsom 707 IMPACT 規格表

重量

330g

允許通過頻率範圍

400~3500Hz

NRR

23

電池壽命

500小時

價格

$137

(2)   Helberg Active

此款耳罩為Hellberg公司所生產,其功能如同上述之電子濾波耳罩,以麥克風接收外界聲音訊號,經過濾波後再以麥克風放出,其頻率範圍為500~3000Hz,亦即保留此頻率範圍內之聲音。此外,此款耳罩使用充電式電池,並有訊號輸入孔,可外接隨聲聽、收音機等,亦具有調整音量功能。圖5和表3為其產品規格及其外觀。

5. Hellberg ACTIVE外型圖

3. Hellberg ACTIVE規格表

重量

305

允許通過頻率範圍

500~3000 Hz

SNR

29

電池壽命

充電式電池-50小時

價格

$169

除此之外,尚有利用主動式噪音反制技術以及利用滅音氣閥式的防音防護具,將在未來的研究中作更深入的探討。

藉由上述之相關產品分析,此類產品之主要目的為濾除噪音,保留特定頻率的聲音,改善傳統防音耳罩交談不便、不易獲得外界警訊之缺點。由上表2、表3可知市售產品之各項規格,其中兩款耳罩重量皆高於300,將對舒適性能有很大的影響;其次兩款耳罩濾波範圍皆固定於特定頻率範圍,無法依不同工作場合需求作調整,只能在特定環境達到防音效果,而本研究希望能研發可以調整濾波頻率範圍之電子濾波式防音技術,以提升各種環境下的適用性。

4. 研究步驟與計畫預期成效

本研究計畫將延續先前「防音防護具舒適性能評估研究」之研究成果,設計製作防音耳罩防音性能及舒適性整合測試機台,並研發可調整電子濾波式防音耳罩,研究步驟分為兩個方面:(1)防音耳罩防音性能測試功能、(2)電子濾波式防音技術研發,以下將以流程圖表示各項研究工作。

6. 計畫流程圖

計畫於200211月開始執行,前三個月為計畫準備階段,執行至20032月前,主要工作在於蒐集與分析各種防音技術,並開始防音性能測試模組概念設計,工作結束後設一查核點,此時應達成防音性能測試模組之概念設計,包括性能規格、關鍵元件選定等,而在防音技術研究方面則應完成技術之應用規劃。接下來研究進入實際製作階段,由20032月執行至200311月,著手製作各項硬體以及軟體的撰寫,在防音耳罩測試機台方面,先完成防音性能測試模組,再按照先前計畫的設計,完成各項舒適性測試模組,最後將各項模組整合並撰寫測試程式。在防音技術方面,則開始進行原型製作,在兩方面都完成後,開始對原型實施性能測試,了解各項設計之缺失並加以改善,直到原型能達成設計目的,最後執行驗證工作,並開始撰寫成果報告,對本研究作一完整的檢討,計畫結束。以下為本研究預期之具體成果:

(1)     設計製作測試防音耳罩性能之試驗儀器與測試程序,使防音耳罩之舒適性能以及防音性能得以客觀的以定量之測試程序測得數據。

(2)     測試機台可以提供給防音防護具廠商作產品性能測試驗證之用,亦或提供給工廠作為購買耳罩的依據,以及測試耳罩的性能衰減、判斷是否需要更換。

(3)     研發完成之研發可調整電子濾波式防音耳罩,可供國內製造廠商作為產品設計製造時之設計依據,或進而技術移轉給國內廠商,提供國內勞工朋友更佳的聽力防護工具。