12.5. Акустические воздействия

Под акустическими воздействиями чаще подразумевают воздей­ствия механических волн.

Частота волны

При распространении волны частицы среды вовлекаются в ко­лебательное движение. Частота этих колебаний называется часто­той волны. Механические волны разделены на следующие частот­ные диапазоны, указанные в табл. 12.10.

Скорость распространения волны

При распространении волны колебания охватывают все более широкую область среды. Поверхность, отделяющую область сре­ды, охваченную колебательным движением, от области, где коле­бательное движение частиц еще не началось, называют фронтом волны.

Скоростью волны называется скЪрость перемещения ее фронта.

Скорость волны зависит от свойств среды, характера движения ее частиц и, в некоторой степени, от частоты.

Скорость распространения механических волн, в частности, ультразвуковых широко используется для оценки механических

Акустический спектр

Сложный тон можно представить в виде суммы, простых тонов с кратными частотами и различными амплитудами. Такое пред­ставление называете?! разложением на составляющие тона. Тон наименьшей частоты называется основным, а остальные тона на­зывают обертонами, или гармониками. Обертоны имеют часто­ты, кратные частоте основного тона. Такое разложение однозначно описывается указанием частот всех составляющих тонов и их ам­плитуд.

Акустический спектр сложного тона — это набор частот с ука­занием их относительной интенсивности (амплитуды).

а) Высота, тембр, громкость звука. Воспринимая звуки, чело­ век различает их по высоте, тембру и громкости.

Высота тона обусловлена прежде всего частотой основного тона (чем больше частота, тем более высоким воспринимается звук). В меньшей степени высота зависит от интенсивности вол­ны (звук большей интенсивности воспринимается более низким).

Тембр звука определяется его гармоническим спектром. Раз­личные акустические спектры соответствуют разному тембру даже в том случае, когда основной тон у них одинаков.

Громкость звука — это субъективная оценка уровня его интенсивности.

б) Закон Вебера—Фехнера, шкала громкости. Использование логарифмической шкалы для оценки уровня интенсивности звука хорошо согласуется с психофизическим законом ВЕБЕРА—ФЕХ­ НЕРА.

Если увеличивать раздражение в геометрической прогрес­сии (т. е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздра­жения возрастает в арифметической прогрессии (т. е. на оди­наковую величину).

На первый взгляд кажется, что громкость звука следует изме­рять в белах или децибелах. Действительно, при таком подходе увеличение интенсивности (раздражителя) в 10 раз вызовет уве­личение громкости (ощущения звукового раздражения) на 1 Б. Од­нако субъективное восприятие интенсивности звука связано не только с уровнем интенсивности, но и с частотой звука. Так, например, ухо человека не воспринимает ультразвук даже при большом уровне интенсивности. По этой причине при построении шкалы громкости следует учитывать восприимчивость уха «сред­него» человека к различным частотам.

Поступают следующим образом.

1. Для звука с частотой 1 кГц вводят единицу уровня громко­сти — фон, которая соответствует уровню интенсивности 1 дБ.

2. Для других частот уровень громкости также выражают в фо­нах по следующему правилу.

Громкость звука — это число, которое показывает уровень интенсивности звука (дБ) с частотой 1 кГц, вызывающего у «сред­него» человека такое же ощущение громкости, какое вызывает дан­ный звук.

Уровень громкости обозначают буквой Е, например, Е = 30 фон. Ниже приводится пример зависимости уровня громкости от частоты.

Эти кривые дают зависимость уровня интенсивности / от час­тоты п звука при постоянном уровне громкости.

Верхняя кривая показывает верхний предел чувствительности уха, когда слуховое ощущение переходит в ощущение боли (Е = 130 фон).

Каждая кривая соответствует одинаковой громкости, но разной интенсивности для разных частот. По отдельной кривой равной громкости можно найти интенсивности, которые при определен­ных частотах вызывают ощущение этой громкости.

Информативной для медиков кривой является нижняя кривая, соответствующая порогу слышимости. Она дает зависимость по­роговой интенсивности /₀ от частоты: /₀ = /(v).

У человека с нормальным слухом колебания с частотой ниже 16 Гц или выше 20000 Гц слухового ощущения не вызывают. При увеличении частоты, начиная с 16 Гц, чувствительность уха растет и порог слышимости снижается, в области частот 1000—5000 Гц чувствительность наибольшая, т. е. порог минимален. При даль­нейшем увеличении частоты чувствительность падает до нуля при 20000 Гц.

Для измерения уровня громкости применяется прибор — шумо-мер. Шумомер снабжен микрофоном, который превращает акусти­ческий сигнал в электрический. Уровень громкости (дБ) регист­рируется стрелочным измерительным прибором.

Вибрация

При соприкосновении с колеблющимся (сотрясающимся) объ­ектом весь организм включается в общую систему сотрясений. Костная система, нервные структуры, вся сосудистая система яв­ляются хорошими проводниками и резонаторами вибрации (от лат. vibratio — колебание).

Вибрация может оказывать на организм различное действие. В некоторых случаях это влияние может быть благотворным — стимулирующее действие на функции различных органов и систем, но, в основном, это вредный фактор. Ниже перечислены основные отрицательные воздействия вибрации на организм

1. Вибрация влияет на вестибулярный аппарат.

2. Вибрирующие системы не дают «правильных» колебаний, к которым организм может приспособиться, а дают колебания с постоянно меняющейся частотой, амплитудой, ускорением.

3. Биологическая реакция организма зависит в основном от час­тоты: чем выше частота, тем больше повреждающее действие. Осо­бенно вредны частоты 35—250 Гц.

4. Степень чувствительности человека к воздействию вибрации зависит от положения тела в пространстве. В положении стоя очень вредное влияние на организм оказывает вертикально направлен­ная вибрация.

5. Повреждающее действие зависит от силы обратного удара, например, на ладонь, удерживающую вибрирующий элемент. Чем больше амплитуда, чем тяжелее элемент, тем сильнее травмати-зация.

6. Неблагоприятное воздействие вибрации на организм в зна­чительной степени зависит от внешних условий. Особенно отри­цательное действие оказывают низкая температура и высокая влажность.

7. Вибрация может передаваться на тело человека через ниж­ние конечности, через все тело одновременно (сидя), через верхние конечности.

8. Колебательные движения в тканях приводят к перемещению тканевых структур относительно друг друга, что является мощным раздражителем для воспринимающих рецепторов.

9. Вибрации сказываются и на костном аппарате. Даже при не­значительных, но длительных вибрациях рентгенологически под­тверждаются изменения в мелких костях, например, кисти.

10. Смещение тканей при вибрации действует на перифериче­ ские нервы, на костный аппарат и вызывает сильное раздражение, передающееся в ЦНС. Это приводит к сильному возбуждению вегетативных центров. Постоянный поток раздражений, идущих с периферии, вызывает изменения в функциональном состоянии не только периферических нервных рецепторов, но и центров спин­ ного и головного мозга. Степень чувствительности организма к виб­ рации зависит от функционального состояния коры больших по­ лушарий.

Действие шума на организм человека

Действие шума на организм человека определяется следующи­ми факторами:

• близость от источника шума;

• интенсивностью шума;

• длительность воздействия;

• ограниченность пространства.

Длительное воздействие шума вызывает сложный симптома­тический комплекс функциональных и органических изменений в организме (и не только органа слуха).

1. Воздействие на ЦНС, проявляющееся в замедлении всех нерв­ных реакций, сокращении времени активного внимания, сниже­нии работоспособности.

2. Расстройство функции вегетативной нервной системы. По­сле длительного действия шума изменяется ритм дыхания, ритм

сердечных сокращений, возникает усиление тонуса сосудистой системы, что приводит к повышению систолического и диасто-лического уровня кровяного давления. Изменяется двигательная и секреторная деятельность желудочно-кишечного тракта, гипер­секреция отдельных желез внутренней секреции. Имеет место по­вышение потливости, особенно стоп и кистей.

3. Нарушение обмена веществ, особенно липидного. В крови повышается содержание липидов, резко возрастает уровень холе­стерина, что ускоряет развитие атеросклероза и развитие гипер­тонической болезни.

4. Угнетение иммунных реакций организма, снижение его за­щитных функций.

5. Отмечается подавление психических функций, особенно па­мяти.

Специфическое действие оказывает шум на функции органа слу­ха. Ухо, как и все органы чувств, способно адаптироваться к шуму. При этом под действием шума порог слышимости повышается на 10—15 дБл. После прекращения шумового воздействия нормаль­ное значение порога слышимости восстанавливается только через 3—5 минут.

При высоком уровне интенсивности шума (80—90 дБл) его утомляющее действие резко возрастает. Одной из форм расстрой­ства функции органа слуха, связанной с длительным воздействием шума, является тугоухость — стойкое снижение чувствительно­сти к различным тонам речи и шепоту.