Действие шума на человека и окружающую среду

Среди основных чувств человека слух и зрение играют важней-ую роль - они позволяют человеку владеть звуковыми и зритель-ыми информационными полями.

Насыщение окружающего пространства шумами повышенной нтенсивности может привести к искажению звуковой информации нарушению слуховой активности человека.

В настоящее время достаточно хорошо изучены процессы дове-дния звуковых колебаний воздушной среды до чувствительных окончаний слуховых волокон нервной системы. В значительно мень-шей степени исследованы процессы преобразования физических ко-лебаний в звуковые образы или ощущения в нервной системе. Из-вестно, что в ней акустический сигнал преобразуется в электрический, и в результате сложного взаимодействия в сфере нервной деятельности создается звуковой образ, адекватный реальному.

Орган слуха, преобразующий колебания воздушной среды в электрические сигналы нервной системы человека, функционально

Рис. 5.11. Строение органа слуха (а), основная мембрана (б)

состоит из трех частей: наружнего, среднего и внутреннего уха (рис. 5.11). Ушная раковина / наружнего уха направляет принимаемые акустические колебания в слуховой проход 2, заканчивающийся барабанной перепонкой 3. Ушная раковина благодаря своей форме согласовывает процесс перехода звуковой волны из свободного пространства в ухо. В слуховом проходе, как в звуковом резонаторе, настроенном на частоты, близкие к 3 кГц, происходит примерно трехкратное усиление звукового давления, воздействующего далее на барабанную перепонку 3. Она образует границу с областью среднего уха и здесь соединена с костно-мышечным рычажным механизмом в виде молоточка 4 и наковаленки 5. Мышечная ткань ножки наковаленки опирается на входной элемент внутреннего уха — мембрану овального окна 6 внутреннего уха 7.

Рычажная система «молоточек-наковаленка» выполняет роль трансформатора колебаний барабанной перепонки, повышая звуковое давление на мембране овального окна для наибольшей отдачи энергии из воздушной среды среднего уха, сообщающегося с внешней средой через носоглотку 8, в область внутреннего уха 7, заполненную несжимающейся жидкостью — лимфой.

Процесс получения звуковой информации из окружающей среды, ее преобразования по цепи «энергия акустической волны —> механическая энергия -->энергия нервных импульсов» завершается во внутреннем ухе. Структура внутреннего уха представляет собой сужающуюся к вершине трубку, свернутую в 2,5 витка в виде улитки, к которой примыкают каналы вестибулярного аппарата в виде трех колец 9. На рис. 5.11 для пояснения основных механизмов звукопе-редачи все это показано схематически, и улитка дана в развернутом виде. Мембрана круглого окна 11 выполняет вспомогательную функцию согласования внутреннего уха со средним. Весь рассматриваемый слуховой лабиринт ограничен костной перегородкой 10.

По всей длине улитки внутреннего уха располагается основная мембрана 12 — анализатор акустического сигнала. Она представляет собой узкую ленту из гибких связок (рис. 5.11,б), расширяющуюся к вершине улитки. Вдоль основной мембраны проходят слои окончания нервных волокон, так называемого органа Корти, объединенных далее в жгут, по которому электрические нервные импульсы поступают в нервную систему и далее к слуховым областям мозга. Каждое нервное волокно представляет собой «волосковые» клетки, которые составляют массив из примерно 25 тыс. штук, имеющих до 100 «волосковых» окончаний (ресничных эпителиальных клеток). Акустические колебания, вызывают деполяризацию мембран этих клеток, в результате чего возникают электрические импульсы, которые распространяются по нервным волокнам. Особенность биологических клеток состоит в том, что деполяризация их мембран возможна лишь с определенного уровня воздействия, что в случае акустического сигнала определяет порог слышимости.

Действие внутреннего уха принято трактовать так. При колебаниях мембраны овального окна в жидкости внутреннего уха возникают упругие колебания, перемещающиеся вдоль основной мембраны от основания улитки к ее вершине. Структура основной мембраны аналогична системе резонаторов с резонансными частотами, локализованными по длине. Участки мембраны, расположенные у ее основания, реагируют на высокочастотные составляющие звуковых колебании, средние участки — на среднечастотные, а участки, расположенные вблизи вершины, — на низкие частоты. Высокочастотные компоненты в лимфе быстро затухают и на удаленные от начала участки мембраны не воздействуют.

Расположенные послойно в основной мембране «волосковые» клетки с сенсорными окончаниями в виде ресничных эпителиальных клеток вырабатывают электрические информационные сигналы в соответствии с коэффициентом передачи того участка, в котором они расположены. Обработка информации и преобразование ее в звуковые образы либо в простейшем случае — в воспринимаемые уровни звука происходит в слуховой ассоциативной зоне головного мозга. Здесь приходящие по нервным волокнам электрические сигналы сравниваются в блоках нейронной памяти с хранящимися «эталона-Ми» звуковой информации, приобретенными человеком в процессе эволюции и его повседневной деятельности. Благодаря этому новые поступающие сигналы «узнаются».

Таким образом, ассоциативный слуховой участок мозга совмест-Но с другими его частями участвует в процессах запоминания, распознавания, научения и мышления. Эта область называется психо-

физическим восприятием. Психофизическое восприятие звука начинает действовать, когда в сенсорных звуковых клетках аппарата Корти возникнут электрические импульсы за счет деполяризации их мембран. Для человеческого слуха на частоте 1000 Гц это происходит при минимальном уровне звукового давления 2 • 10^-5 Па, или интенсивности звука, (потока звуковой мощности) 10^-1|2Вт/м². Эти значения были приняты в качестве стандартных порогов слышимое-, ти и используются для определения относительных единиц звуковых характеристик в виде уровней звука (шума).

Способность человеческого уха анализировать звуки в широком диапазоне частот и интенсивностей можно проиллюстрировать тем, что самый громкий из слышимых звуков в 10¹² раз интенсивнее самого слабого звука, регистрируемого человеческим ухом. Это один из совершеннейших измерительных приборов по динамическому диапазону измеряемых величин. Природа позаботилась о системах самозащиты слуха от повреждения. Одной из таких систем является сообщение пространства среднего уха с внешней средой через канал носоглотки 8 (рис. 5.11,6), что позволяет компенсировать интенсивные внешние воздействия акустических волн их подачей в противоположном направлении к барабанной перепонке через канал носоглотки. В ограничении больших интенсивностей участвуют мышцы среднего уха, ограничивающие перемещения молоточка и накова-ленки'и тем самым снижающие интенсивность звука, поступающего во внутреннее ухо.

При возникновении внешних звуковых раздражителей, превышающих 135... 140 дБ, элементы внутреннего уха вместо нормальных колебательных движений вперед-назад начинают перемещаться из стороны в сторону, снижая перепад между давлением в улитке и проникающим из окружающей среды звуковым давлением. Любая система защиты имеет свои ограничения, поэтому избыточные шумы, действующие даже кратковременно, вызывают повреждения внутреннего уха, которые проявляются в лучшем случае временным смещением порога слышимости. Восстановительный период может длиться от нескольких минут до нескольких дней в зависимости от степени повреждения.

Диагноз «потеря слуха, вызванная шумом» констатирует постоянную потерю слуха при длительном воздействии избыточных шумов, В таких случаях происходит отмирание ресничных эпителиальных клеток.

Шум производственного происхождения меняется по интенсивности и частоте в зависимости от типа и количества машин и ме-

ханизмов, задействованных в технологическом процессе. Оценку шумового загрязнения среды и его действия на человека целесообразно проводить, используя понятие эквивалентного уровня энергии шума Е_экв.

где t_iu — время действия шума; Е_ШЦ) — изменение энергии шума во времени.

Эквивалентная энергия должна быть меньше максимально допустимой энергии, при которой появляются отрицательные последствия. Предполагается, что повреждение, вызванное воздействием переменного шума Е_ш(t), равно повреждению, вызванному постоянным шумом такой же энергии Е_экв. Таким образом, если время воздействия снижается в 2...3 раза, то максимально допустимый уровень звуковой энергии можно увеличить во столько же раз.

Акустические колебания, выходящие за пределы диапазона нормального звуковосприятия человека (20...20 000 Гц), могут также приводить к повреждению Слуха. Так, ультразвуки (свыше 20 000 Гц), достаточно широко распространенные в промышленности, являются причиной повреждения слуха, хотя человеческое ухо на них не реагирует. Мощный ультразвук воздействует на нервные клетки головного мозга и спинной мозг, вызывает жжение в наружном слуховом проходе и ощущение тошноты.

Не менее опасными являются инфразвуковые воздействия акустических колебаний (менее 20 Гц). При достаточной интенсивности инфразвуки могут воздействовать на вестибулярный аппарат, снижая слуховую восприимчивость и повышая усталость и раздражительность, и приводят к нарушению координации. Особую роль играют инфрачастотные колебания с частотой 7 Гц. В результате их совпадения с собственной частотой альфа-ритма головного мозга не только наблюдаются перечисленные выше нарушения слуха, но и могут возникать внутренние кровотечения. Инфразвуки (6...8 Гц) могут привести к нарушению сердечной деятельности и кровообращения.

Совокупность шумов повышенной интенсивности в широком диапазоне частот (от инфра до ультра включительно) могут вызывать Изменения электрической проводимости кожи, активности головного Мозга и сердца, скорости дыхания и двигательной активности. В отельных случаях шумы могут стать причиной изменения размеров желез эндокринной системы, сужения кровеносных сосудов, по-

вышения давления, расширения зрачков, снижения половой активности, потери аппетита, бессонницы, расстройства психики и т.д.

Для профилактической работы, направленной на обеспечение безопасных условий труда по шумовому фактору, проводится аудио-метрический контроль состояния органов слуха. Анализ результатов контроля направлен на выявление ухудшения слуховой функции как среднеарифметического значения снижения порогов слуховой чувствительности в речевом диапазоне частот (500... 2000 Гц) и на частоте 4000 Гц.

Для оценки потери слуха, вызванной воздействием шума, Международная организация по стандартизации (ISO 1999) утвердила стандарт «Оценка профессионального шумового воздействия в целях охраны слуха». В этом документе приводится ожидаемое относительное число рабочих с поражением слуха, препятствующим нормальному разговору, в виде функции от значения экспозиции шума, для оценки которой использованы уровень звука и длительность воздействия (рис. 5.12). Потеря слуха означает возрастание порога слухового восприятия в среднем на 25 дБ и более на трех главных частотах речевого диапазона: 500, 1000 и 2000 Гц, вызванное действием шума.

Около 22% рабочих, возможно, потеряют слух, если они будут в течение 40 лет подвержены воздействию шума с уровнем 90 дБ (при продолжительности рабочей недели 40 ч). Кривые на рис. 5.12 непригодны для оценки воздействия импульсных шумов или шумов высокого уровня и короткой длительности.

Если в течение дня экспозиция шума разбита на два и более

Человек, подвергающийся действию интенсивного шума, затрачивает в среднем на 10...20% физических и нервно-психических усилий больше, чем работающий в комфортных шуму

Рис. 5.12. Оценка воздействия экспозиции шума на человека

периода, характеризуемых различными уровнями звука, то полное воздействие может быть получено суммированием отношений t_1,2....n (длительность экспозиции с определенным уровнем звука) к Фt_1,2....n (допустимая длительность воздействия при данном уровне звука). Для обеспечения комфортных условий должно выполняться условие

условиях. У работающих в шумных производствах отмечается увеличение на 10... 15% заболеваний общего характера.

Эффект получения звуковой информации двумя ушами одновременно называется бинауральным и способствует стереоакустичес-кому восприятию звуков. Это позволяет человеку выявлять направление звуковых волн с разрешающей способностью в горизонтальной плоскости 3...4°, а в вертикальной — около 20°. Бинауральность.обусловлена пространственным расположением ушей и экранирую-|щим влиянием головы. Разница возбуждения характеризуется показателями:

• временным (несовпадение моментов воздействия на левое и |правое ухо одинаковых по фазе звуковых волн);

• амплитудным (разными значениями звуковых давлений на уши |из-за наличия акустической тени).

Бинауральный эффект способствует локализации источников |звука благодаря двум факторам: временной разности и интенсив-[ностной разности приходящих в уши сигналов. На низших частотах (слухового диапазона (ниже 500 Гц) направление на источник определяется в основном по временному запаздыванию бинаурального эффекта. В то же время источники сигналов с частотой ниже 150 Гц практически не локализуются слухом. Направление на источники звука с частотой выше 500 Гц определяется как временным, так и интенсивностными бинауральными эффектами. Эффект локализации источника звука проявляется в условиях открытого пространства. При наличии отраженных волн пространственная картина восприятия искажается.

Слуховой аппарат обладает определенной инерционностью. [Ощущение возникновения звука, а также его прекращения возникает не сразу. Время, в течение которого ощущение уровня громкости уменьшается на 8... 10 фон, называется постоянной времени слуха, и ее значение в среднем составляет 150...200 мс. Время адаптации слуха при оценке высоты тона зависит от частоты. На низких частотах оно составляет 30 мс, на высоких — несколько больше. При возбуждении слуха короткими звуковыми импульсами (менее 50 мс) и через такие же промежутки времени происходит их интегрирование при восприятии и временная маскировка, проявляющаяся в подавлении последующего импульса предыдущим. Происходит также накопление в памяти коррелированных по структуре звучаний [7]. В процессе восприятия человеком двух различных звуковых сигналов одновременно, один сигнал слышится хорошо, а второй как бы «тонет» в нем. Такой эффект называют маскирующим.

Эффект маскировки объясняется сдвигом порога слышимости под действием более сильного звука и зависит от разности частот этих звуков. Низкочастотные шумы обладают большей маскирующей способностью, чем высокочастотные. Так, пароходный гудок низкого тона заглушает более высокие тона. Высокочастотные шумы средней интенсивности слабо маскируют человеческую речь, но создают дискомфорт у слушателей. Важнейшим свойством слуха является способность объединять определенные области частот в так называемые частотные группы. Смысл этого понятия состоит в том, что степень маскировки полезного узкополосного сигнала шумом растет с расширением спектра шума вокруг этого сигнала до определенной полосы этого шума, после чего не происходит усиливающего действия эффекта маскировки шумом. В полосе 20 Гц... 16 кГц имеется 24 частотных группы. Количественной мерой маскировки является число децибелов, на которое возрастает порог слышимости маскируемого сигнала в присутствии другого сигнала по сравнению с порогом слышимости в тишине.

Дата добавления: 2015-06-28