Влияние звуковых волн на человека

Человек всегда жил в мире звуков и шума. Способность к восприятию звуков – одна из важнейших составляющих нашего полноценного общения с окружающим миром. Звуковые ощущения позволяют не только получать эстетическое наслаждение от прослушиваемой музыки, пения птиц, шороха листьев, но и массу полезной информации, необходимой нам повседневно. 

         Более 100 лет назад, немецкий ученый Роберт Кох писал, что наступит время, когда борьба с шумом станет столь же актуальной, как и борьба с холерой или чумой. Однако до сих пор огромная часть людей не догадывается об опасности шумового загрязнения. Это происходит из-за того, что проблемы шумового загрязнения городской среды были на научном уровне осознаны относительно недавно и стали остроактуальными только в последние десятилетия. 

         Долгое время влияние шума на организм человека специально не изучалось, хотя уже в древности знали о его вреде. В настоящее время ученые во многих странах мира ведут различные исследования с целью выяснения влияния шума на организм человека. 

За последние десятилетие проблема борьбы с шумом во многих странах стала одной из важнейших. Внедрение в промышленность новых технологических процессов, рост мощности и быстроходности технологического оборудования, механизация производственных процессов привели к тому, что человек в производстве и в быту постоянно подвергается воздействию шума высоких уровней. 

  Борьба с шумом, является комплексной проблемой. В статье 12 – закона “об охране атмосферного воздуха” принятого в 1980г. отмечается, что “в целях борьбы с производственными и иными шумами должны в частности, осуществляться: внедрение малошумных технологических процессов, улучшение планировки и застройки городов и других населенных пунктов, организационные мероприятия по предупреждению и снижению бытовых шумов”.

Я предполагаю, что шум наносит ощутимый вред здоровью человека, но и абсолютная тишина пугает и угнетает его. Каждый человек воспринимает шум по-разному. Многое зависит от возраста, темперамента, состояния здоровья, окружающих условий.

Существует огромное количество различных источников звука и шума. Чувствительность нашего уха очень велика – диапазон интенсивностей от порога слышимости до порога осязания огромен. Мерой чувствительности органов слуха к восприятию звуковых волн данной интенсивности является уровень интенсивности.

Установлены определенные нормы уровня интенсивности звука для помещений, в том числе и для школ. Распространенный круг вопросов по теме позволяет не только соотнести нормы уровня интенсивности звука с практическими, но и предположить возможные способы по приближению к нормативному уровню интенсивности звука. 

     Изучая звуковые волны на уроках физики, я заинтересовался вопросом: «Влияния шума на живые организмы», потому что в наше время всё чаще ловлю себя на мысли, что дискомфорт и усталость являются результатами воздействия шума в школе, на улице и т.д. Все чаще мы встречаем шерспин – «шумовая боязнь», но мы мало, что знаем о ней. За последнее время средний уровень шума, производимый транспортом, увеличился на 12-14 децибел. Вот почему проблема борьбы с шумом в городе приобретает все большую остроту.

Каждый день,  просыпаясь  утром  от  звонка  будильника, спеша  по  делам  в  общественном  транспорте,  смотря  вечером  телевизор   или   слушая   музыку,   мы   подвергаемся  воздействию   звуковых   волн  различных  частот.  И  это  воздействие,  даже  если мы  не  придаем  ему  значения,  не  остается  безразличным для  нашего  организма.                   

         Так  что  же  собой  представляет  звук? В научной литературе дается понятие звука как колебания частиц в упругих средах, распространяющиеся в форме продольных волн, частота которых лежит в пределах, воспринимаемых человеческим ухом, т.е. в среднем от 16 до 20000 Гц (1 Гц – 1 колебание в секунду). В воздухе при температуре 00С и нормальном атмосферном давлении звук распространяется со скоростью 330 м/с, в морской воде – около 1500 м/с, в некоторых металлах скорость звука достигает 7000 м/с. Упругие волны с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуком, а волны, частота которых превышает 20000 Гц,- ультразвуком.

Звук может распространяться в газообразной и жидкой среде только в виде продольных волн, а в твердых телах помимо продольных волн возникают также и поперечные волны 

        Беспорядочное   сочетание  различных  по  силе  и  частоте  звуков  носит  название  шума. Иными  словами,  шум – это громкие  звуки,  слившиеся в  нестройное  звучание.                   

        Для  всех  живых  организмов,  в  том  числе  и человека,  звук  является  одним  из   воздействий   окружающей  среды.    В   природе    громкие    звуки   редки,    шум  относительно слаб   и   непродолжителен.   Сочетание   звуковых  раздражителей  дает  время  животным  и  человеку,  необходимое  для  оценки  их  характера  и  формирования  ответной  реакции.   Одни  и  те же звуки  животные  и  человек  воспринимают с разной  частотой.  

        К шуму относятся длительные или кратковременные звуки, которые представляют собой сочетание множества различных тонов, частота, форма, интенсивность и продолжительность действия которых беспорядочно меняются. Шум, содержащий все частоты в широком диапазоне спектра примерно одинаковой интенсивности, называется белым шумом. Источники шума в городе чрезвычайно разнообразны, но основной из них — транспорт, который вызывает 60 — 80% всех шумов. 

         Шум  имеет  определенную  частоту,  или  спектр, выражаемый  в  герцах,  и  интенсивность  -  уровень звукового  давления,  измеряемый  в  децибелах. Я проанализировал разные источники звуков и шума и составил таблицы. (Приложение 1).  

          Источники шума могут быть как производственные, так и не производственные. (Приложение 3)

2.2.Классификация шумов. 

        Шумы можно разделить на следующие группы: 

По спектру шумы подразделяются на стационарные и нестационарные.

По характеру спектра шумы подразделяют на:

- широкополосный шум с непрерывным спектром шириной более 1   

октавы;

- тональный шум, в спектре которого имеются выраженные тона.  Выраженным тон считается, если одна из третьеклассных полос частот  превышает остальные не менее чем на 10 дБ.

3.3.   По частоте (Гц) шумы подразделяются на: 

       - низкочастотный;  

       - среднечастотные;  

       - высокочастотный;  

  По временным характеристикам шумы подразделяются на:  

         - постоянный;  

       - непостоянный, который в свою очередь делится на колеблющийся,            

         прерывистый и импульсный.

1.5.  По природе возникновения шумы подразделяются на:  

         - механический;  

       - аэродинамический;  

       - гидравлический;  

       - электромагнитный.

2.3. Шумомер. 

         Шумомер является электронным измерительным прибором, реагирующим на звук аналогично человеческому слуху и обеспечивающим объективное и воспроизводимое измерение уровней звука или звукового давления. (Приложение 2)  

        Воспринимаемый шумомером звук преобразуется его микрофоном в пропорциональный электрический сигнал. Так как амплитуда этого сигнала весьма мала, еще до его подачи на стрелочный измерительный прибор или цифровой индикатор необходимо соответствующее усиление. Усиленный предусмотренным на входе шумомера  каскадом электрический сигнал может подвергаться частотной коррекции в блоке, содержащем стандартные корректирующие схемы. А, В, С и/или D, или фильтрации внешними полосовыми (например, октавными или третьоктавными} фильтрами. Усиленный соответствующим усилительным каскадом электрический сигнал затем подается на блок детектора и от его выхода на стрелочный измерительный прибор или после преобразования на цифровой индикатор. Блок детектора стандартного шумомера содержит среднеквадратичный детектор, но может быть также снабжен пиковым детектором. Стрелочный измерительный прибор или цифровой индикатор показывает уровни звука или уровни звукового давления в дБ.  

          Среднеквадратичное значение (СКЗ) является математически точно определенным специальным средним значением, относящимся к энергии исследуемого процесса. Это особенно важно в акустике, так как среднеквадратичное значение пропорционально количеству энергии измеряемого шумомером звука или шума. Пиковый детектор дает возможность измерения пикового значения кратковременных и импульсных звуков, в то время как применение запоминающего устройства (схемы удерживания) способствует фиксированию максимального пикового или среднеквадратичного значения, измеряемого в импульсном режиме шумомера.  

         Шумомер является прецизионным измерительным прибором, в его конструкции предусмотрена возможность повторной калибровки и проверки его параметров с целью обеспечения высокой точности и надежности результатов измерения. Предпочтительным методом калибровки шумомеров является акустический метод, основывающийся на применении прецизионного и, возможно, портативного акустического калибратора. По существу акустический калибратор является комбинацией прецизионного генератора и громкоговорителя, генерирующей звук с точно определенным уровнем.

2.4.Уровни восприятия шума. 

           Уровень  шума,  как  я  уже  говорил,  измеряется в  единицах,  выражающих  степень  звукового  давления, - децибелах (дБ).  Это  давление  воспринимается  не  беспредельно.  Уровень  шума  в  20-30  децибелов

практически  безвреден  для  человека,  это  естественный  шумовой  фон.   

          Шум в 50-60 дБ приводит к повышению порога слуховой чувствительности и к  ухудшению функционального состояния центральной нервной системы, поэтому допустимый уровень шума для классных помещений не должен превышать 40 дБ. 

         Допустимый уровень шума в жилых помещениях в дневное время не должен превышать 40 дБ, а в ночное – 30 дБ.  

          Установлено, что если уровни интенсивности воспринимаемых звуков невелики и находятся в пределах возможностей человеческой речи (до 70 дБ), то такие звуки не вызовут изменений и будут восприниматься как обычный звуковой образ. Звуки и шумы свыше 70 дБ неприятны для слуха, а звуки интенсивностью свыше 130 дБ (громовой раскат, взлет реактивного самолета) обладают травмирующими свойствами.  

         Нормальная человеческая речь имеет громкость 40-70 дБ. Шум уличного транспорта – 60-80 дБ. Шум в заводских цехах – 90 дБ. Рев мотоцикла без глушителя – 100 дБ. Далее следует грохот музыки на дискотеке – 110 дБ. А уровень звукового давления на рок -концерте может составить 120 дБ, что сопоставимо с ревом реактивного двигателя. Отсюда уже недалеко и до болевого порога человека – 140 дБ.

Следует помнить, что звуки громкостью 85 дБ и выше уже оказывают вредное воздействие на слух. (Приложение 5) 

          Очень  высок  уровень  и  промышленных  шумов. На  многих  производствах  он  достигает  90-110  децибелов  и  более.  А  шум  на  улице?  Если  в  60-70  годы  прошлого  столетия  шум  на  улицах  не  превышал  80 децибел,  то  в  настоящее  время  он  достигает  100  децибел  и  более.  На  многих  оживленных  магистралях  даже  ночью  шум  не  бывает  ниже  70  децибел,  в  то  время  как  по  санитарным  нормам  он  не  должен  превышать  40  децибел.  

           По  данным  специалистов,  шум  в  больших  городах  ежегодно  возрастает  примерно  на  1  децибел.  Имея  в  виду  уже  достигнутый  уровень,   легко  себе  представить  весьма  печальные  последствия  этого  шумового  « нашествия».

2.5. Влияние шума и звуков  на организм человека. 

          Долгое  время  влияние  шума  на  организм  человека  специально  не  изучалось,  хотя  уже  в  древности  знали  о  его  вреде  и,  например,  в  античных  городах  вводились  правила  ограничения  шума. 

         Ныне  воздействие  звука,  шума  на  функции  организма  изучает  целая  отрасль  науки – аудиология.  В  настоящее  время  ученые  во  многих  странах  мира  ведут  различные  исследования  с  целью  выяснения  влияния  шума  на  здоровье  человека. Шум – такой же медленный убийца, как и химическое отравление.  

         Пагубное влияние шума на человека известно давно. Первые дошедшие до нас жалобы на шум можно найти у римского сатирика Ювенала (60-127 гг.). 2,5 тыс. лет назад в знаменитой древнегреческой колонии города Сибарисе действовали  правила, охраняющие сон и покой граждан: запрещались громкие звуки ночью,  а ремесленники таких шумных профессий, как кузнецы, жестянщики изгонялись за пределы города. Две тысячи лет назад во имя тишины и спокойствия Юлий Цезарь запретил повозкам ночью разъезжать по улицам Древнего Рима. Во Франции, в период правления короля-солнца Людовика XIV, существовал жесткий запрет шуметь в городе после того, как Париж и его король ложатся спать. 

         Механизм  действия  шума  на  организм  сложен  и  недостаточно  изучен.  Когда  речь  идет  о  влиянии  шума,  то  обычно  основное  внимание  уделяют  состоянию  органа   слуха,  так  как  слуховой  анализатор  в  первую  очередь  воспринимает  звуковые  колебания  и  поражение  его  является  адекватным  действию  шума  на  организм.  

          Группа ВОЗ по изучению влияния шумового загрязнения на здоровье человека начала изучать последствия влияния шума на здоровье европейцев в 2003 году. Оказалось, что, кроме сердечных заболеваний, шумовое загрязнение вызывает у 2% жителей Европы опасные нарушения сна, а у 15% – другие негативные эффекты. Постоянное воздействие дорожного шума является причиной 3% случаев заболевания, которое выражается в постоянном ощущении шума в ушах.  

         Опубликованные в последние годы исследования показывают, что шум способен увеличивать содержание в крови таких гормонов стресса, как кортизол, адреналин и норадреналин – даже во время сна. Чем дольше эти гормоны присутствуют в кровеносной системе, тем выше вероятность, что они приведут к опасным для жизни физиологическим проблемам. Сильный стресс способен вызвать сердечную недостаточность, приступ стенокардии, высокое кровяное давление и проблемы с иммунитетом.    В Великобритании, например, один из четырех мужчин и одна из трех женщин больны неврозами из-за высокого уровня шума. Ученые Австрии установили, что шум сокращает жизнь городских жителей на 8 – 12 лет.