Воздействие шума на организм человека

 

 1.4 Измерительная аппаратура и оборудование

       Кроме аппаратуры общего применения (тональные генераторы, электронные вольтметры, измерители нелинейных искажений, измерители уровня, осциллографы, анализаторы гармоник, магнитофоны, измерительные усилители и т. д.), при акустических измерениях используют специальную измерительную аппаратуру. К ней относятся: тональные генераторы с воющим тоном, шумовые генераторы, измерители звукового давления, акустический зонд, шумомеры, октавные фильтры, быстро действующие регистраторы уровня, реверберометры, искусственный рот, измерительный телефон, искусственное ухо, измерительные трубы, спектральные анализаторы, анализаторы амплитудных распределений, пистонофоны и дополнительные электроды и др. измерители звукового давления состоят из измерительного микрофона и соединенного с ним электронного вольтметра, градуированного в паскалях или децибелах относительно 10^-12 Вт/м. [1]. Шумомеры характеризуются наличием различных характеристик частотной коррекции (так называемых шкал А, В и С) для измерения уровня громкости. Шкала (характеристика) А соответствует уровню громкости до 40 фон, шкала В - до 70 фон, шкала С (равномерная)- до 85 фон и выше. Шумомеры обычно снабжаются полосовыми третьоктавными или октавными фильтрами с компенсацией их затухания. Измерители шумомеров имеют возможность переключения постоянных времени усреднения звукового давления: F (fast)-быстро, S (slow)-медленно, I (pik)-импульс. Шкалу F применяют     приизмере-

ниях постоянных шумов, шкалу S-при колеблющихся и прерывистых (например, речи), шкалу I-при импульсных. Уровень громкости, как будет показано ниже, является такой характеристикой, определить которую для произвольного звука или шума зачастую затруднительно. В этой связи щумомеры дают показания уровней звукового давления с соответствующей частотной коррекцией, например по кривой А, которые, чтобы не путать их с уровнем громкости, называют уровнем звука в дБ (А). Для того чтобы охарактеризовать звуки (шумы) переменного уровня, действующие в течение длительного времени, современные шумомеры позволяют измерять усредненную характеристику - эквивалентный уровень звук. Аналогично определяются эквивалентные уровни звука с частотой коррекцией В и С. Реверберометры позволяют измерять время реверберации в помещении. Большинство из них имеет устройство временной задержки от нескольких сотых секунды до нескольких секунд и индикатор уровня, регистрирующий уровень перед выключением источника звука и через определенное время после его выключения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    2 ОЦЕНКА РАЗЛИЧНЫХ ЗВУКОВ

 
  2.1Звуки в частности, шумы, с точки зрения их влияния на человека 
       В то время как измерения физических характеристик звуковых полей описываются четко определенными процедурами, производимыми с любой заданной точностью при помощи измерительных приборов, оценка восприятия звука такой сложной системой, как человек, является гораздо более трудной задачей.

       Звуки, воздействующие на слуховую систему человека, подвергаются сложной многоуровневой обработке от чувствительных нейронов внутреннего уха до отделов головного мозга, ответственных за высшую нервную деятельность. Это определяет зависимость восприятия звуков от множества факторов, определяемых как уровнем, структурой самих звуков, так и прочей информацией (например, визуальной), воспринимаемой человеком как в момент воздействия звука, так и задолго до этого. В частности, восприятие тех или иных звуков может зависеть даже от принадлежности человека к той или иной социокультурной группе [4]. Между тем, для того чтобы изучать воздействие шума на человека, этой характеристики недостаточно. Часто необходимо выяснить, как влияет шум, например, на физиологические или биохимические процессы в организме, или оценить влияние шума на высшую нервную деятельность, например на внимание. В данном случае необходимы междисциплинарные исследования, требующие синтеза знаний в области акустики, биологии, психологии. Воздействие шума приходится оценивать прямым способом в ходе психологических или, например, биохимических экспериментов, где шум выступает в качестве раздражителя.( прил. 2)

 

 

2.2 Физические характеристики, свойственные человеческой речи

       Звуки речи имеют уникальную акустическую характеристику. Частотные составляющие звуков речи различаются не только у разных людей, но и у одного и того же человека в разных контекстах. Существуют данные о том, что физические характеристики человеческой речи различаются в зависимости от тендерных особенностей. Так, установлено, что мужчины говорят преимущественно в границах частот 85—200 Гц, женщины — в пределах 160—340 Гц. Изменения по частоте в сторону понижения или повышения свидетельствуют об изменениях в эмоциональных состояниях: голос взволнованный, испуганный, радостный, торжествующий, тоскливый, убитый, глухой. По громкости голоса: до 20 дБ — шепот, 25 дБ — слабый голос, 40—60 дБ — средний голос, 80—85 дБ — крик. Усиление громкости (прил.1) свидетельствует об изменениях в эмоциональной сфере, как и в случае с высотными показателями: гневные, агрессивные голоса звучат слишком громко, а печальные, тусклые — слишком тихо [4].

 

 

 2.3 Санитарные нормы по допустимым уровням шума

      Для того чтобы мог быть учтен правовой компонент защиты граждан от шумового воздействия, были разработаны международные санитарные нормы для различного рода деятельности человека на производстве, в учреждениях больничного и санаторного типа, детских учебных учреждений и жилых помещений .В соответствии с этими нормами шум, создаваемый различными источниками звука, не должен превышать допустимых уровней (прил. 3) [8]

 

 

 2.4 Механизмы слуховой рецепции. Слуховая система, нервные пути и центры

       Система слуха функционирует в диапазоне 16—20 000 Гц, хотя верхний предел чувствительности с возрастом может снизиться до 12 000 Гц. 
Слуховая система (слуховой анализатор) воспринимает и анализирует звуковые волны. Слуховая система имеет периферический и центральный отделы. 
Орган слуха состоит из наружного, среднего и внутреннего уха и является периферическим отделом слуховой системы.

       Наружное ухо (ушная раковина, наружный слуховой проход и внешняя сторона барабанной перепонки) обеспечивает направленный прием звуковых волн. В ушную раковину поступает лишь незначительная часть энергии акустического поля. Средняя длина канала наружного уха взрослого человека, измеренная по центральной оси, составляет 26 мм. Площадь поперечного сечения слухового прохода в медиальной части постепенно уменьшается до 0. Наружное ухо человека является сравнительно плохим концентратором и передатчиком энергии на частотах ниже первого резонанса, но на более высоких частотах его характеристики приближаются к теоретически возможному пределу. Основная функция наружного уха состоит в обеспечении направленного приема звуковых волн. Наружное ухо также защищает барабанную перепонку от механических и температурных воздействий. [9].

       Среднее ухо. К системе среднего уха человека относятся барабанная перепонка и три миниатюрные косточки — молоточек, наковальня и стремечко. Барабанная перепонка через систему слуховых косточек передает колебания в среднее ухо. При этом приходят в движение молоточек, наковальня и, наконец, стремечко, основание которого укреплено в овальном окне улитки и приводит к колебаниям жидкости системы внутреннего уха. Амплитудно-частотная характеристика среднего уха имеет характеристику фильтра низких частот. Входное сопротивление улитки уменьшается в 29 раз, и вследствие этого улучшаются условия передачи энергии акустических сигналов во внутреннее ухо.

        Внутреннее ухо. Представляет собой сложный лабиринт соединенных друг с другом каналов, расположенных в височной кости и заполненных жидкостью. Часть костного лабиринта вместе с разделяющими мембранами и рецепторными клетками относится к воспринимающему отделу вестибулярной системы; один из каналов, имеющий спиралевидную форму (улитка), — к слуховой системе. У человека костный канал улитки составляет около 35 мм (2,5 завитка). Внутри улитки по всей ее длине проходят две мембраны — основная и рейснерова, разделяющие улитку на три части, или лестницы: вестибулярная и барабанная заполнены перилимфой (со свойствами, близкими к свойствам плазмы крови), а средняя лестница— эндолимфой. Химический состав эндолимфы значительно отличается от состава перилимфы в 100 раз большей концентрацией ионов калия и в 10 раз меньшей концентрацией ионов натрия. Главное назначение системы внутреннего уха - первичный анализ сигналов, преобразование колебаний стремечка в форму многоканального описания в виде импульсации волокон слухового нерва. Сравнительно-морфологический анализ показал, что строение системы внутреннего уха имеет значительное сходство у млекопитающих, образ жизни которых не связан с ультразвуковой коммуникацией. В средней лестнице на основной мембране находится рецепторный аппарат — орган Корти, заключенный внутри костной стенки улитки. Рецепторами, воспринимающими колебания и передающими информацию в центральный отдел слуховой системы, являются волосковые клетки. Рецепторный аппарат представлен двумя группами рецепторных клеток: внутренних и наружных волосковых клеток. Внутренние и наружные волосковые клетки, вытянутые вдоль улитки, имеют существенно различающуюся синаптическую организацию. Около 90—95% афферентных волокон, представляющих собой дендриты клеток биополярных нейронов спирального ганглия, образуют синаптические контакты с внутренними волосковыми клетками, и 5—7% афферентных волокон связаны с наружными волосковыми клетками. Волокна основной мембраны улитки внутреннего уха настроены на колебания различных звуковых частот. При восприятии звуков происходит преобразование акустических сигналов в электрические потенциалы нервной системы. Информация о звуковом потоке от рецепторов слуха по аксонам нервных клеток спирального ганглия передается в слуховой центр продолговатого мозга - кохлеарные ядра в форме коротких электрических импульсов [4].

 

 2.5 Центры слуховой системы

       Путь электрических импульсов от периферического чувствующего рецептора к слуховой коре больших полушарий содержит 3—5 уровней переключения (переключательных станций) и не менее 3 перекрестов с одного полушария головного мозга на другое [4]. После переключения на клетках кохлеарных ядер электрические импульсы поступают к ядрам верхней оливы. В этом месте происходит первый перекрест слуховых путей: меньшая часть волокон остается в пределах полушария, на стороне которого расположен периферический слуховой рецептор, а большая часть идет в противоположное полушарие головного мозга. В области основания мозга, где располагается данный перекрест, имеется еще одна группа ядер — ядра трапецевидного тела, где также осуществляется частичное переключение волокон клеток кохлеарных ядер. Небольшая часть этих волокон направляется, не переключаясь, в средний мозг, заканчиваясь на клетках нижних холмов. Сюда же приходит значительная часть перекрещенных и неперекрещенных волокон из ядер верхней оливы. Часть последних дополнительно переключается в группе мелких ядер, расположенной по ходу пучка проводящих волокон, называемых волокнами боковой петли. Большее количество волокон от клеток кохлеарных ядер переключается на клетках нижних холмов, после чего волокна следующего порядка либо переходят в противоположное полушарие (второй перекрест), либо идут непосредственно к ближайшим подкорковым слуховым центрам — медиальным коленчатым телам. Считается, что только очень небольшая часть волокон проходит мимо нижних холмов, не переключаясь в них, и заканчивается прямо в медиальном коленчатом теле. 

       Практически все волокна, идущие от нижележащих слуховых центров, переключаются в медиальном коленчатом теле, отростки нейронов которого идут к слуховым зонам коры данного полушария головного мозга. Следующий, третий перекрест волокон осуществляется уже на корковом уровне. Здесь часть волокон в составе мозолистого тела, объединяющего полушария мозга, идет на противоположную сторону в первичную проекционную зону коры. 
Кроме прямых связей, имеются контакты и с другими отделами мозга: связи кохлеарных ядер и ядер трапециевидного тела с двигательными ядрами слухового и троичного нервов. От тел клеток этих черепно-мозговых нервов отходят отростки, иннервирующие мышцы среднего уха. Известны связи кохлеарных ядер, боковой петли с ретикулярной формацией ствола мозга -мощной активирующей системой. Значительная часть волокон идет от среднего мозга в мозжечок и в спинной мозг, а также к различным двигательным ядрам. Особый интерес представляют ядра, связанные с управлением сложной координированной активностью звукопроизводящего аппарата - мышц гортани, языка, жевательных и мимических мышц. Представляют интерес также связи слуховых центров с эмоциогенными зонами мозга, раздражение которых вызывает эмоциональные реакции (веселость, страх и т. д.) или обусловливает изменение настроения (подавленность, приподнятость и т. д.). В переднем мозге слуховые связи необыкновенно широки. Такие взаимосвязи присутствуют и с моторной, и с лобной, и с ассоциативной, а также с височно-затылочной частями головного мозга. И этот перечень связей, по которым слуховая информация поступает к различным отделам, не закончен, его можно было бы продолжить. Без преувеличения можно сказать, что звуковая информация поступает практически во все отделы мозга [4].

 

 2.6 Спектральная чувствительность человеческого уха

       Слуховая система человека (слуховой анализатор) представляет собой совокупность механических, рецепторных и нервных структур, воспринимающих и анализирующих звуковые колебания. С помощью слуховых ощущений человек овладевает речью, с помощью слуха контролируется и своя, и чужая речь, исправляется произношение. Слуховые ощущения делятся на ощущения музыкальных тонов, ощущения шумов и речевые. К музыкальным относятся звуки пения и большинства музыкальных инструментов. Примером шумов может служить звук мотора, шум летящего самолета, шум идущего поезда. Речь представляет собой сочетание музыкальных (гласные) и шумовых (согласные) [9]. 
       Ухо человека обладает свойствами частотного анализатора, дискретным восприятием по частотному и динамическому диапазонам (аналоговый звуковой сигнал превращается в последовательность электрических импульсов двоичного типа). Все эти операции осуществляются во внутреннем ухе, в так называемой улитке. В улитке находится основная (базилярная) мембрана, состоящая из большого числа волокон, слабо связанных между собой. Вдоль основной мембраны расположены нервные окончания, каждое из которых (а их свыше 20 000) возбуждается от прикосновения к ним волокон основной мембраны, посылая в слуховой центр мозга электрические импульсы. Там эти импульсы подвергаются сложному анализу, в результате которого человек определяет передаваемое сообщение.

 

 2.7 Показатели слуха

       При изучении слуховой системы выясняют следующие показатели:1) восприятие по частоте; 2) абсолютная чувствительность; 3) дифференциальная чувствительность по частоте и интенсивности; 4) пространственная и временная разрешающая способность слуха.

    1.Восприятие по частоте. Слуховые ощущения возникают как результат воздействия звуковой волны на орган Корти, расположенный во внутреннем ухе. Каждое из волокон основной мембраны резонирует на вполне определенной для него частоте. Сложный звук, состоящий из ряда частотных составляющих, вызывает колебания ряда волокон, соответствующих частотам составляющих. Для измерения абсолютных и дифференциальных порогов слуха у человека используют главным образом речевой отчет.

     2.Абсолютная чувствительность. Орган слуха человека реагирует на звуки в пределах от 16 до 20 000 колебаний в секунду. Наилучшая чувствительность - в пределах 1000-4000 колебаний в секунду. Анализ частот звука - это одна из важнейших функций слуховой системы. Диапазон слышимых частот для людей до 25 лет охватывает 16-20 Гц и 16-20 кГц. Высокочастотная часть диапазона уменьшается из года в год, причем после 40лет— на 80Гц каждые последующие полгода. Человек ощущает около 300 000 различных по силе и высоте звуков. Невысокая чувствительность к звукам низкочастотного диапазона предохраняет человека от постоянного ощущения низкочастотных колебаний и шумов собственного тела.