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The Influence of the Spectral Content and the Decay Time of Impulse Noise on Asymptotic Threshold Shift

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The growth of temporary threshold shift (TTS) reaches an asymptotic level (ATS) after prolonged exposure to steady-state, intermittent or impulsive noise. This process served as a basis for developing a new methodology. It was assumed that exposures which induce equal amounts of ATS were equally noxious. The peak levels necessary to induce a target amount of 10 dB TTS (eventually ATS) after 30 to 45 minutes of exposure were determined for a variety of impulse noises. Impulses were computer generated, allowing strict control over their temporal and spectral characteristics, parameters whose influence is not well understood to date. Results showed that spectral content and ringing duration (B-duration) were the most powerful predictors of the noxiousness of impulse noise. The level of low frequency impulses had to be at least 6 dB higher than that of impulses centered at 3 kHz to obtain the same amount of ATS. A linear decrease in level as a function of the logarithm of the impulse B-duration was needed to achieve the same level of noxiousness. This relation departs from what is predicted by an equal energy rule. On the basis of the present experiments, it is suggested that the hierarchy of effects of each parameter studied is, in descending order of noxiousness: peak pressure, number of impulses, decay time, and spectral content. Comparisons of experimental data with damage risk criteria and regulations demonstrate that many of these are probably too lax and could allow greater than predicted amounts of permanent threshold shift.

Zusammenfassung

Die temporäre Schwellenverschiebung (TTS) erreicht nach anhaltender Einwirkung von stationärem, intermittierendem oder impulsartigem Lärm einen asymptotischen Wert (ATS). Dieser Prozeß diente als Grundlage für die Entwicklung einer neuen Methode. Es wurde angenommen, daß Schalleinwirkungen gleich schädlich sind, die gleiche Werte der ATS hervorrufen. Die Spitzenpegel, die einen vorgegebenen Wert von 10 dB TTS (oder ATS) nach 30 bis 45 Minuten Einwirkungszeit hervorrufen, wurden für eine Vielzahl von Impulsgeräuschen bestimmt. Die Impulse wurden mit einem Computer erzeugt, was eine genaue Kontrolle ihrer zeitlichen und spektralen Eigenschaften erlaubte, also von Parametern, deren Einfluß heute noch nicht gut verstanden wird. Die Ergebnisse zeigten, daß der spektrale Gehalt und die Dauer des Nachklingens (B-Dauer) die aussagekräftigsten Kennwerte für die Schädlichkeit von Impulsgeräuschen sind. Der Pegel von niederfrequenten Impulsen müßte mindestens um 6 dB größer sein als der von Impulsen mit einem Schwerpunkt bei 3 kHz, um den gleichen Wert der ATS zu erhalten. Gleiche Werte der Schädlichkeit wurden erzielt bei einer linearen Abnahme des Pegels mit dem Logarithmus der B-Dauer. Diese Beziehung weicht von den Vorhersagen nach der Regel gleicher Energie ab. Die Experimente legen folgende Reihenfolge der Wirkung der einzelnen Parameter nach abnehmender Schädlichkeit nahe: Spitzendruck, Zahl der Impulse, Abklingzeit und Spektralgehalt. Vergleiche der experimentellen Daten mit Kriterien und Vorschriften bezüglich der Hörschädigung zeigen, daß manche von ihnen zu locker sind und möglicherweise größere Werte der permanenten Schwellenverschiebung zulassen als vorhergesagt.

Sommaire

La décalage temporaire des seuils (DTS) atteint une valeur asymptotique (DAS) lors d'une exposition prolongée aux bruits continus, intermittents ou impulsionnels. Ce processus a servi de base pour le développement d'une nouvelle méthodologie. Des expositions qui engendrent une même valeur de DAS sont jugées d'égale nocivité. Le niveau crête nécessaire pour atteindre une valeur donnée de DTS (éventuellement de DAS) après 30 … 45 minutes d'exposition ont été déterminés pour différents bruits impulsionnels. Ces bruits étaient générés par ordinateur ce qui permettaient un contrôle rigoureux des caractéristiques temporelles et spectrales, paramètres dont les effets sur l'audition sont encore peu connus. Les résultats ont démontré que le contenu spectral et le temps de décroissance (durée B) sont de puissants prédicteurs de la nocivité des bruits impulsionnels. D'une part, le niveau crête d'impulsions riches en basses fréquences doit être supérieur d'au moins 6 dB au niveau d'impulsions centrés à 3 kHz pour atteindre le même DAS. D'autre part, pour un même DAS, une relation inversement linéaire entre la pression de crête et le logarithme de la durée B a été mise en évidence, contredisant l'hypothèse d'égale énergie. Sur la base des données actuelles, la pression de Crête, le nombre d'impulsions, le temps de décroissance et le contenu spectral s'avèrent, dans cet ordre, les plus importants déterminants de la nocivité. Des comparaisons entre les données expérimentales, les critères de nocivité et les réglementations mettent en évidence la faiblesse de ces derniers à prédire la nocivité des bruits impulsionnels.
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Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 1990

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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