Действие шума на человека
Основные реакции индивидуумов на шумы, встречающиеся при космических полетах, широко описаны как физиологические, вовлекающие прямые и непрямые физиологические механизмы, и как психологические, которые определяют соотношения между основными свойствами звука и человеческим восприятием, принятием решения, отношением и мнением, отражающими индивидуальные особенности обследуемых лиц. Совершенно ясно, что, несмотря на это широко применяемое разделение, во многих ситуациях шумового воздействия суммарные эффекты тесно переплетаются, и оба этих аспекта существуют одновременно.
Однако взаимодействие физиологических и психологических ответов на звук слишком часто игнорируется.
Физиологические эффекты. Среди физиологических эффектов шумов основную роль играют реакции слухового анализатора. Акустическую энергию также исследовали в отношении воздействия ее на вестибулярный аппарат, механорецепторы тела, нервную систему, на сон и появление испуга. Эти последние эффекты, хотя и описаны, за малым исключением, как неслуховые, опосредованно связаны со слуховым анализатором.
Слуховые реакции. Слуховой анализатор человека — чрезвычайно чувствительный и высоко специализированный механизм. Порог (звуковой) слуха — это индивидуальная слуховая чувствительность, выраженная в децибелах относительно нормального порога слуха, т. е. стандартного исходного уровня. Диапазон слышимых частот для нормального уха молодого человека находится в пределах примерно от 15 до 20000 гц, причем область наибольшей чувствительности составляют частоты от 500 до 4000 гц, и эта область особенно важна для понимания речи. Инфразвук, т. е. энергия ниже слухового диапазона частот, в норме человеческим ухом не воспринимается, за исключением чрезвычайно высоких уровней звукового давления. Гармонические компоненты интенсивного инфразвука могут появляться в звуковом диапазоне, если уровень их достаточно высок, чтобы они были слышимы. Ультразвук, передающийся по воздуху, т. е. акустическая энергия выше 20 000 гц, обычно ухом не ощущается. Верхняя граница слухового диапазона лежит на уровне звукового давления, которое может вызывать ощущение щекотания, дискомфорт и боль.
Слуховой механизм реагирует на интенсивный звук защитными актами, направленными на снижение передачи акустического раздражения к внутреннему уху. Характер колебаний стремечка может меняться от перемещения поступательного на вращательное движение в овальном окне вследствие смещения костных сочленений. Кроме того, в ответ на достаточно громкий звук происходит сокращение барабанной и стремечковой мышц среднего уха, что увеличивает жесткость и демпфирующую способность слуховых косточек. Этот акустический мышечный рефлекс не в состоянии защитить ухо от внезапных импульсных звуков длительностью меньше 15—20 мсек, поскольку имеет собственный латентный период реакции обычно от 25 до 100 мсек.
Акустический стресс. Чрезмерное воздействие шума обычно приводит к временному и (или) постоянному изменениям слуховой чувствительности, а иногда и к полной потере слуха. Временное смещение порога слуха (ВСП) может возвратиться к нормальному значению или к состоянию слуха, которое предшествовало воздействию шума, тогда как при постоянном сдвиге порога (ПСП) нормальное значение не восстанавливается независимо от времени. Были установлены определенные соотношения между шумовой экспозицией и ВСП, между ежедневной шумовой экспозицией в течение многих лет и ПСП. Исходя из этих соотношений предполагают, что шум, вызывающий временное смещение порога, является неотъемлемой частью, обязательно предшествующей постоянному сдвигу порога. Далее предположили, что баз ВСП не развивается ПСП, что ПСП происходит подобно ВСП, но в ином временном масштабе и что все шумовые экспозиции, приводящие к одинаковым значениям ВСП, считаются равноценными по отношению к ПСП. На основании этих предпосылок, а также лабораторных данных по ВСП и отношению ВСП/ПСП при реальном ежедневном шумовом воздействии стало возможным сформулировать критерий риска для слуха, который выражает зависимость шумовой экспозиции и потери слуха.
Чрезмерное шумовое воздействие может приводить к потере слуха, связанной с двумя основными синдромами. Понижение слуха может возникать как результат механического напряжения или повреждения в системе барабанная перепонка — среднее ухо или во внутреннем ухе. Кроме того, воздействие достаточной интенсивности и длительности может привести к нарушению нервно-сенсорных структур внутреннего уха. Интенсивная шумовая экспозиция, особенно импульсного характера, может быть причиной сложного синдрома, имеющего как механический, так и нервно-сенсорный компонент понижения слуха.
Непрерывные и импульсные авиакосмические шумы могут приводить к механическим повреждениям барабанной перепонки и цепи слуховых косточек, а в ряде случаев повреждениям подвергается внутреннее ухо. Потеря слуха, связанная с акустической травмой механического типа, характеризуется равномерным или почти равномерным сдвигом порога на всех частотах, если не поражены чувствительные клетки. Сенсорное поражение, явившееся следствием импульсного воздействия, может быть в течение нескольких месяцев не диагностировано из-за медленного восстановления.
Болевые ощущения, обусловленные шумом, связываются обычно с чрезмерным механическим смещением в системе среднего уха и, как полагают, появляются около порога повреждения. Это имеет место почти независимо от частоты на уровнях звукового давления от 130 до 140 дб и выше и является защитной реакцией против перераздражения.
Продолжительное шумовое воздействие может привести к медленно прогрессирующей потере слуховой чувствительности. Это наблюдается сначала в пределах между 2000 и 6000 гц с наибольшим понижением на 4000 гц. При продолжительном воздействии потеря чувствительности увеличивается и распространяется на соседние частоты. В литературе широко представлен материал по влиянию многолетней шумовой экспозиции на постоянное смещение порога.
Индивидуальная слуховая чувствительность к шуму, приводящему к потере слуха, может сильно варьировать, т. е. значение ВСП под действием определенного шума будет заметно различаться для каждого человека. Весьма ценным явился бы способ предсказания уязвимости различных индивидуумов к действию шума при отборе их для работы в шумовых условиях, однако, несмотря на значительные исследования в этом вопросе, удовлетворительного метода для принятия решения установить не удалось. Из-за большой вариабельности чувствительности уха к шуму у каждого индивидуума невозможно предсказать ВСП для определенного уха, а потому и разработать критерии способности переносить шумовое воздействие.
Вестибулярная система.
Субъективные отчеты о дезориентации, головокружении, тошноте и нарушении позного равновесия в условиях высокоинтенсивного шума наводит на мысль о том, что акустическая энергия большой интенсивности может быть раздражителем вестибулярного аппарата. Эмпирические исследования по обоснованию причин вестибулярных ответов на действие шума не слишком убедительны, однако они доказывают, что вестибулярный аппарат может являться объектом акустической стимуляции.
Очевидно, что уровни в 140 дб, кроме вестибулярного аппарата, действуют и на другие сенсорные системы и, возможно, вызывают понижение рефлекторной деятельности прежде всего механорецепторов и проприо-цепторов. Независимо от механизма непосредственного влияния интенсивного шума на вестибулярный аппарат, либо на вестибулярный аппарат и механорецепторы, либо на комбинацию физических и психологических факторов, наличие жалоб на потерю ориентации, головокружение, тошноту и другие симптомы свидетельствует о раздражающем действии акустической энергии на вестибулярную систему.
Общие физиологические реакции.
Влияние шума на физиологические реакции человека, отличные от слуховых, остается неясным, соответствующие неблагоприятные эффекты не выявлены. Изменения различных физиологических показателей, обнаруженные в лабораторных опытах с шумом и в реальных жизненных ситуациях, по величине часто не пре
восходят те, которые наблюдаются в повседневной жизни. Кроме того, индивидуальные физиологические реакции на шумовое воздействие, по-видимому, являются преходящими и возвращаются к исходному состоянию. Обычно люди очень хорошо приспособляются к такому раздражителю, как шум, однако вопросы, связанные с возможным неблагоприятным влиянием его на здоровье и самочувствие и последствиями длительной регулярной шумовой экспозиции, остаются еще нерешенными. Окончательно не выяснены ни условия длительной адаптации к шуму, ни роль физиологических реакций в широких различиях индивидуальной переносимости шума.
Общие и специальные физиологические реакции на звук изучались многими исследователями. Результаты различных работ включают также и вопросы воздействия шума на перифирический кровоток, дыхание, кожное сопротивление (КГР), тонус скелетной мускулатуры, желудочно-кишечную перистальтику, сердечные рефлексы, ЭЭГ, расширение зрачков, почечную и эндокринную функцию. Отмечается, что изменение многих из этих показателей происходит при относительно низких, около 70 дб, уровнях звукового давления.
Некоторые исследования по экстраслуховому влиянию шума в реальных условиях деятельности дают возможность предположить, что шум оказывает воздействие на общее состояние здоровья. Андрикен отмечает, что артериальное давление у рабочих, подвергавшихся высокочастотному шуму токарного станка и очень широкодиапазонному шуму шарикоподшипникового производства, оказывается выше, чем у лиц, работающих в условиях менее интенсивного шума.
Н. Н. Шаталов и соавт. указывали на различие в сердечно-сосудистых рефлексах у обследуемых, работающих в текстильных цехах с шумом 85—95 дб, и у рабочих индустриального производства, где шум составляет 114—120 дб. Иенсен сообщал, что симптомы сосудистых нарушений, сердечная аритмия, бледность, тургор кожи были более выражены у работавших при уровне шума, превышающем 90—95 дб по сравнению с работающими в менее шумных условиях. Шумовое воздействие вызывает субъективные жалобы на утомление, пониженный аппетит, раздражительность, тошноту, дезориентацию, головную боль и даже неспособность к длительному запоминанию.
Существуют и другие многочисленные факторы шумных производств, в результате действия которых возникают нарушения физиологических функций, поэтому не следует приписывать эти сдвиги исключительно действию шума. Однако логично предположить, что с увеличением шумовой экспозиции какого-либо производства действия других стрессовых факторов той же среды на физиологические функции соответственно увеличиваются. Удельное значение в физиологических сдвигах таких явлений, как колебания температуры, вентиляция, угроза случайного травматизма или смерти, специфические требования задания и других нешумовых факторов, имеющих тенденцию к обострению с увеличением интенсивности шума, не может быть установлено без контрольных исследований.
Нарушение сна. Нарушение сна, вызываемое шумом, может явиться серьезным расстройством. Существуют два общих аспекта, связанных с мешающим действием шума во время сна; один из них состоит в фактическом пробуждении, другой — в изменении состояния спящего человека, неразбуженного шумом.
Установлено, что сон имеет стадии или уровни, которым соответствуют изменения электрической активности мозга (ЭЭГ). Пробуждающее действие шума сказывается по-разному в зависимости от стадии сна, в которой находится спящий. Обследуемые наиболее чувствительны к пробуждению во второй стадии сна, наибольшее сопротивление оказывают пробуждению в течение четвертой стадии (REM), характеризующейся быстрым движением глаз с появлением сновидений. Некоторые последние работы Лукса, Крайтера указывают на значение возраста для нарушения сна, вызываемого шумом. Самолетный шум или звуковые удары, которые могут ощущаться в домашней обстановке, вызывают пробуждение пожилых людей (67— 72-летние мужчины) почти в 70% случаев, молодые люди (21—22 года) просыпаются реже пожилых, но чаще, чем дети (от 5 до 8 лет), которые вообще редко просыпаются. Уильямс сообщил, что порог пробуждения может быть лишь на 20 дб выше порога слышимости испытуемых, которых будит шум; Крайтер же утверждает, что порог пробуждения равен 30 дб во второй стадии сна, 50 дб в третьей и 80 дб в четвертой.
У лиц, не просыпающихся в ответ на раздражение шумом, обнаруживаются изменения в сокращении периферических сосудов, помимо изменений ЭЭГ. Амплитуда пальцевой пульсации начинает изменяться при воздействии шума на 15 дб ниже порога пробуждения, а отклонения в частоте сердечных сокращений были зарегистрированы при уровнях на 10—15 дб ниже указанного порога. Эти реакции подтверждают, что влияние шума на биологические рефлексы человека во время сна обнаруживается даже тогда, когда сам человек вообще не подозревает об акустическом воздействии.
Мясников В. И. описывает интересные исследования сна, во время которого обследуемые подвергались действию широкополосного шума 75—78 дб в опытах, имитирующих космический полет. По характеру реакций обследуемых можно разделить на две группы: те, кто засыпал быстро, спал хорошо и легко просыпался, и те, кто засыпал с трудом, плохо спал и тяжело просыпался. Остальные показатели соответствовали указанным двум типам реакций. Автор заключает, что отбор кандидатов в астронавты или космонавты должен включать отсев по характеристикам сна.
Испуг. Испуг может быть вызван совершенно различными причинами, но особенно часто он связан с резкими неожиданными шумами. Физиологические аспекты реакции испуга в некоторой степени независимы от вида раздражителя и характеризуются увеличением частоты пульса, повышением кровяного давления, оттоком крови к периферии и к большой мускулатуре тела. До настоящего времени не установлено, имеет ли реакция испуга вредные последствия для человека. Испуг в обыденной жизни возникает не слишком часто и обычно не рассматривается как оформившаяся самостоятельная проблема.
Психологические реакции.
Психологические реакции на шум в авиакосмической биологии и медицине представляют интерес с точки зрения осуществления речевой связи и работоспособности членов экипажа.
Речевая связь. Приводимые ниже технические вопросы речевой связи разработаны на основе обширных исследований и экспериментов с американским вариантом английского языка и не могут быть прямо перенесены на неанглийские языки. Вопрос об использовании разных языков для обычных космических систем связи может представлять интерес в свете развития международного сотрудничества в авиакосмической медицине и биологии. Факторы, влияющие на эффективность речевой связи, систематически изучаются для того или иного языка. Очевидно, что разные языки отличаются по своей статистике, что влияет на их коммуникационные возможности. Зависимость речевой связи от характера языка, по существу не изучавшаяся до настоящего времени, требует дальнейшего исследования для будущих авиакосмических программ.
Мешающее действие шума в отношении речевой связи проявляется двумя основными способами. Речевой сигнал может маскироваться или «тонуть» в шуме, или временное смещение слухового порога под влиянием шума может ухудшить индивидуальную способность понимать сообщения. Возникающее в таких условиях временное смещение порога высоко вариабельно, что не позволяет включать эти данные в методы оценки и предсказания эффективности речевой связи в обстановке шума. Маскирующее действие шума по отношению к речи хорошо изучено; получены данные, на основании которых сформулированы количественные методы, расчеты и критерии. Эти критерии не включают воздействия низких частот и инфразвуков. По-видимому, еще будет определено, как такие воздействия влияют на рассчитанную разборчивость речи. Дозвуковые воздушные колебания способны вызывать вибрации и ответные реакции всего организма, что отражается на процессах речеобразования и может представлять определенную проблему.
Уэбстер классифицирует все известные факторы, влияющие на речевую связь, как средовые, личностные, информационные и аппаратурные. Акустический и электрический шумы преобладают в средовом факторе и являются причинами маскировки и искажения речи. Такие внешние условия, как вибрация всего тела и искусственная атмосфера, например смесь Не — О2, тоже оказывают влияние на речевые коммуникационные процессы. Комбинация стрессоров, т. е. шум и вибрация, способна вызвать большие изменения, чем любой отдельно взятый фактор. Дополнительными причинами ухудшения связи могут явиться особые требования по выполнению задания, возможная опасность, другие вредные воздействия и стрессоры.
Личностные факторы рассматриваются в связи с тем, что речевое сообщение образовывается и воспринимается индивидуально. Здесь имеют значение навыки точной речевой артикуляции, местный и национальный диалекты. Потеря слуха временного или постоянного характера также ухудшает восприятие. На основании экспериментального изучения влияния свойств среды на эффективность коммуникации разработана соответствующая программа тренировки, учитывающая окружающую среду, речевой материал и используемое оборудование.
Характер материала или сообщений, влияющий на уменьшение разборчивости, включает обширный словарный объем, неожиданные термины и фразы, используемые достаточно редко. Устройства, ухудшающие речевое общение, подлежат инженерной переработке, в основу которой должны быть положены такие принципы, как экранирование микрофонов, защита их в случае необходимости от шума, полоснопропускающие фильтры, соответствующее пиковое клипирование, низко-импедансные характеристики трактов и т. д. Большинство систем связи, использующих эти принципы, рассчитываются на небольшое снижение речевой разборчивости. Инженеры должны знать характеристики систем и применять методы, которые обеспечивали бы успех конструирования.
Широко используются различные методы анализа и расчета эффективности речевой связи в условиях шума с помощью электронных вспомогательных средств (головные телефоны) и по принципу лицом к лицу («face to face»). Эти методы включают физическую характеристику уровня и спектра шумового воздействия, номинальный или измеренный уровень и спектр речи и аналитический метод, основанный на экспериментальных данных, связанных с маскирующим действием шума на восприятие речи и дескриптор ожидаемой эффективности речевой связи как функции параметров шума. Наиме-пее сложным является метод измерения А — взвешенного уровня звукового давления (дбА). Речевой уровень помехи (РУП или ПРУП) — тоже простой метод с использованием октавных полосовых уровней. Более точной методикой, чем РУП и ПРУП, является шумовой критерий (ШК или ПШК). Он разработан для широких практических целей. Наиболее исчерпывающим и точным методом предсказания эффективности речевой связи в шумной обстановке является определение артикуляционного индекса. Наконец, существует метод, требующий, вероятно, наибольшего времени и усилий и состо-
Рис. б. Объективные замеры уровня шума в PSIL (ПРУП) и дбА и соответственные условия для связи
А — связь «лицом к лицу» нормальным голосом;
В — голос связи;
В — ожидаемый уровень голоса;
Г — нормальный голос;
Д — повышенный голос;
Е — очень громкий голос;
Ж — крик;
3 — связь «лицом к лицу» затруднена;
К — максимальные голосовые усилия;
Л — связь «лицом к лицу» невозможна;
М — предел усиления речи
ящий в попытке имитации коммуникационной среды и прямого исследования тракта связи методами измерения разборчивости.
Уровень звука.
Единственным способом расчета, с использованием прямого измерения уровня шума в дб с помощью прибора, является метод А — взвешенного звукового уровня. Весовая функция А приблизительно соответствует чувствительности человеческого уха в области средних уровней интенсивности звука. Измеренная величина дбА отражена на рис. 5, на котором представлены соотношения между коммуникационными возможностями и шумом. Этот метод идеален для обследования и контроля, однако считается непригодным для оценки противошумных мероприятий и при инженерных расчетах из-за отсутствия достаточно подробной информации о частотном спектре.
Уровень речевой помехи. Уровень речевой помехи в предпочтительных частотах. РУП и ШК методы позволяют оценивать допустимость шумов по отношению к речевой связи на базе октавного описания шума. Последние изменения в стандартах измерения шума явились результатом двух несколько отличных способов описания шума. Установлены
новые октавные полосы для общего использования и оснащения ими шумоизмерительной аппаратуры. Новые октавные полосы имеют отличные центральные частоты октав по сравнению со старыми и называются «предпочтительными» (П) частотами, или октавами. Предпочтительные центральные частоты и непредпочтительные центральные частоты октавных полос (фильтров) представлены в табл. 2. Чтобы отметить метод предсказания речевой разборчивости, использующий предпочтительные центральные частоты, к обозначениям добавляется буква «П», в результате получаются обозначения: ПРУП и ПШК.
РУП и ПРУП служат численным критерием для шумовой экспозиции сравнительно непрерывного спектра. РУП определяется как среднее арифметическое звуковых уровней давления (дб) шума в трех октавных полосах — 600—1200, 1200—2400, 2400— 4800 гц, содержащих наибольшую дозу речевой энергии. ПРУП определяется как среднее октавных полосовых уровней новых или предпочтительных полос с центральными частотами 500, 1000 и 2000 гц и называется трехполосным октавным уровнем речи. На рис. 5 показаны расстояния между диктором и слушателем и необходимая сила голоса для надежной связи при различных ПРУП и дбА. Величина ПРУП обычно на 3 дб выше, чем величина РУП для той же шумовой экспозиции, и практически для перехода от одного критерия к другому достаточно прибавить или вычесть 3 дб.
Шумовой критерий. Шумовой критерий (ШК), по существу, является развитием РУП, выражающимся одним числом, в направлении получения целого ряда чисел, представляющих октавные критерии. Шумовой критерий допустим для шума непрерывного стабильного спектра.
Новое семейство критериальных кривых было установлено для новых октавных фильтров и получило название предпочтительных шумовых критериальных кривых (ПШК) ПШК кривые имеют значение уровней в полосах ниже 125 и выше 1000 гц на 2—5 дб меньше, чем те, которые соответствуют собственным ШК кривым. Табл. 3 и 4 содержат как ШК, так и ПШК и соответствующий им характер деятельности внутри помещений.
Таблица 4. Рекомендуемые диапазоны критерия шума для стабильных фоновых шумов внутри помещений с различным функциональным назначением
Чтобы оценить коммуникационные возможности для данного шумового окружения с использованием одного из этих критериев, необходимо: 1) выразить шум в октавных полосах; 2) сравнить октавный спектр с соответствующей кривой ПШК из табл. 3; 3) присвоить шумовой обстановке такое критериальное значение, которое чуть выше наиболее высокого октавного уровня шума; 4) с учетом данных табл. 4, отражающей функциональную деятельность, определить уровень и качество связи для этой среды.
Артикуляционный индекс (АИ). Артикуляционный индекс является наиболее исчерпывающим методом расчета разборчивости в шуме (АИ). АИ представляет собой методику расчета ожидаемой разборчивости речи по данным физических и акустических измерений системы связи и фактических условий среды. Для вычисления необходимы знания речевого спектра и эффективного маскирующего спектра возле уха слушателя.
Процедура вычисления АИ использует данные спектрального анализа речи в 20 последовательных полосах частот шириной в одну октаву или 1/3 октавы. Наибольшая точность обеспечивается 20-полосным анализом, а наименьшая — в случае октавного представления речевого спектра. Для подсчета АИ применяется соответствующая рабочая карта.
На рис. 6 показан образец рабочей карты, содержащий 20 последовательных полос, а на рис. 7 — метод расчета с октавными полосами. Пример расчета АИ с октавными полосами, включенный в рис. 8, использует относительно равномерный спектр шума средней интенсивности. Расчетная методика, описанная ниже, дала величину АИ, равную 0,54;
1) на карту наносятся полосовые уровни стабильного непрерывного шума, имеющего место возле ушей слушателя;
2) согласуется идеализированная пиковая кривая речи с показателями речи в измеряемой системе;
3) определяется разница в децибелах на каждой центральной частоте между речевым и шумовым спектром (0 дб соответствует различию менее 1 и 30 дб — более 30);
4) полученные значения различий в каждом фильтре умножаются на весовой коэффициент и полученные цифры складываются, что дает величину АИ.
Много факторов, влияющих на показатель речевой разборчивости как индивидуально, так и в комплексе, могут быть количественно оценены при использовании принципов АИ.
Среди этих факторов: а) маскировка стабильным шумом; б) маскировка нестабильным шумом, имеющим перерывы; в) частотное искажение речевого сигнала; г) амплитудное искажение речевого сигнала; е) время реверберации помещения; ж) голосовые усилия; з) наличие визуального контакта. Многие показатели не оцениваются АИ; среди них: а) пол говорящего; б) перекрещивающиеся передачи; в) комбинированные искажения при передаче; г) монауральное или бинауральное прослушивание; д) асимметричное клиппирование, частотный сдвиг, пропадание звука.
Соотношение АИ и различных показателей разборчивостп речи представлены на рис. 9. Обращает внимание, что шкала разборчивости зависит от ограничений, наложенных на сообщение; а именно, большие ограничения дают лучшую разборчивость.
Рис. 6. Рабочая карта для расчета артикуляционного индекса. Метод 20 полос
На верхней шкале средние частоты 20 полос, вносящих равный вклад в разборчивость (мужской голос)
А — максимально допустимый уровень:
1 — неклиппированная речь,
2 — пиковое клиппирование 12 дб,
3 — пиковое клиппирование 24 дб. Речевые пики, пре
вышающие соответствующую кривую, не влияют на разборчивость;
В — идеализированные пиковые значения речи (мужской голос) протяжное произнесение ср. кв. + 12 дб (общий уровень протяжных звуков ср. кв. = 65 дб);
В — спектральный пороговый уровень для протяжных звуков
Рис. 7. Рабочая карта для расчета артикуляционное го индекса. Метод октавных полос с предпочтитель-ными частотами
На верхней шкале центральные частоты октавных полос, влияющих на разборчивость речи (предпочтительные частоты)
А — максимально допустимые уровни:
1 — неклиппированная речь,
2 — пиковое клиппирование 12 дб,
3— пиковое клиппирование 24 дб. Речевые пики, прет
вышающие соответствующую кривую, не влияют нц разборчивость;
Б — идеализированные речевые пики мужского голоса протяжное произношение ср. кв.+ 12 дб (общий уровень протяжных звуков ср. кв. — 65 дб);
Д — порог слышимости в октавных полосах для продолт жительных звуков
маскирующее действие окружающего шума, наиболее распространены при наземном обслуживании авиакосмической техники. Характеристики этих средств не определены по отношению к шумовым помехам настоящих и будущих ракетных систем, больших реактивных двигателей С-5А или сверхзвуковых самолетов и самолетов с вертикальным взлетом (VTOL и VSTOL).
Для выбранной системы связи не может быть установлена единственная величина АИ, так как она варьирует в зависимости от опыта говорящего и слушателя, а также от характера передаваемых сообщений. АИ — постоянный показатель, надежно предсказывающий относительную эффективность коммуникационной системы, работающей в заданных условиях. Существующие сейчас системы связи обычно конструируются с АИ, превышающими 0,5. Для систем, которые должны работать при изменяющихся стрессовых условиях и со многими различными дикторами и слушателями, имеющими различную квалификацию, АИ должен соответствовать 0,7.
Измерение разборчивости. В некоторых случаях речевые или шумовые характеристики не удовлетворяют условиям, лежащим в основе стандартного метода расчета. В качестве примера можно привести необычную шумовую обстановку, вибрацию тела в сочетании с шумом, искусственную атмосферу и шум. В этих случаях необходимо проводить фактическое измерение эффективности связи между говорящим и (или) слушающим в исследуемых условиях среды. Некоторые методы оценки разборчивости достаточно широко используются сейчас при стандартизации и в практике.
Один из чувствительных тестов оценки речевой разборчивости носит название «фонетически сбалансированный (ФБ) метод раз-борчивости односложных слов». По существу, методика состоит в том, что тренированные дикторы читают списки фонетически сбалансированных слов, передаваемых по системе связи, свойства которой необходимо оценить тренированным слушателям. При правильном приеме около 70% ФБ-слов слушатель понимает более 90% предложений.
Системы речевой связи с использованием хороших звукозащитных средств, т. е. телефоны, помещенные в слуховые заглушки, и экранированный микрофон, понижающий
Искусственная атмосфера.
Речевая связь оценивалась в некоторых специальных или необычных условиях, представляющих интерес для авиакосмической деятельности. Так, описаны особенности речи в гелиевой атмосфере при концентрации инертного газа в дыхательной смеси от 0 до 80% под давлением от 760 до 258 мм рт. ст. При этом было обнаружено прямое влияние содержания гелия в дыхательной смеси на речь, т. е. чем больше гелия в среде, тем значительнее сдвиги в речи.
В этой среде речь характеризуется: 1) хорошей разборчивостью; 2) меньшей громкостью, чем в воздухе; 3) смещениями речевой энергии (гласных) к более высоким частотам; 4) большей подверженностью маскировке окружающим шумом, чем речь в воздухе;
5) странным, ненатуральным звучанием.
Эти характеристики обусловливаются физическими особенностями среды и не могут быть заметно улучшены за счет тренировки или привыкания.
Вибрация.
Активные стадии космического полета, так же как высокоскоростной полет на низких высотах, характеризуются наряду с интенсивным шумом сильной вибрацией и тряской. Характер речи в этих условиях отличается дрожанием голоса, которое определяется в некоторой степени частотой вибрации. Словесная разборчивость уменьшается, особенно при действии вибраций с частотой 6—7 гц. Вибрирующая речь маскируется шумом сильнее и с увеличением уровня виброускорения продолжает ухудшаться.
Рис. 8. Пример расчета артикуляционного индекса с использованием метода октавных полос
На верхней шкале — центральные частоты октавных фильтров, вносящих равный вклад в разборчивость (частоты предпочтительные)
1 — октавный уровень речевых пиков при длительном
произнесении, средний квадратичный уровень + 12 дб (средний уровень произнесения = 75 дб);
2 — октавный уровень шума;
i — фильтры, гц;
II — речевые пики минус шум, дб;
III — весовой коэффициент;
IV — составляющие АИ (AI)
Рис. 9. Отношение между АИ и речевой разборчивостью, полученное разными методами
1 — специальный словарь, ограниченный 32 ФБ словами;
2 — предложения (известные для слушателей);
3 — предложения (впервые представленные слушателям);
4 — ФБ слова (1000 разных слов);
5 — бессмысленные слоги (1000 различных слогов);
6 — рифмованные таблицы;
7 — словарь, ограниченный 256 ФБ словами. Эти законо
мерности приближенные. Они зависят от тренированности дикторов и слушателей
Работоспособность и шум
Неблагоприятное действие шума на сенсо-моторные характеристики и умственную деятельность с постоянством обнаруживать не удавалось. В некоторых исследованиях отмечалось улучшение эффективности работоспособности под влиянием шума, в других — резкое ухудшение и, наконец, в третьих — видимого неблагоприятного эффекта не отмечалось. В целом при действии шума эффективность выполнения акустически независимых заданий может улучшаться. Когда же шум оказывает отвлекающее влияние, задачи, требующие внимания и сосредоточенности в течение сравнительно длинного периода работы, решаются с худшими результатами. Для установления критерия шумового воздействия на работоспособность необходимо интегральное обобщение очень большого числа экспериментальных исследований в этой области. Остаются невыясненными вопросы, связанные со степенью нарушения работоспособности, ожидаемой в условиях шума. Крайтер представил всесторонний обзор множества фундаментальных работ, выполненных в течение последних 10 лет и освещающих результаты, а также различные теории, призванные объяснить характеристики двигательной работоспособности в шуме. В этом обзоре он суммирует данные, предполагая, что шум «не может прямо мешать умственной или физической работоспособности». Особо он подчеркивает, что действие шума при уровнях ниже 27 дбА на умственную или физическую работоспособность при выполнении неслуховых задач можно не принимать в расчет; шум при уровнях между 67 дбА и 27 дбА либо вовсе не влияет на работоспособность, либо улучшает ее в результате реакции возбуждения и изоляции от отвлекающих факторов; наконец, шум свыше 67 дбА либо не влияет на работоспособность, либо действует отрицательно определенным образом вследствие перераздражения, дискомфорта и отвлечения внимания от работы.
Комбинация шума и вибрации. Одновременное действие шума и вибрации встречается часто на средствах транспорта, а также на активном участке космического полета. Реакции при действии этой комбинации стимулов не могут быть предсказаны на основе знаний эффектов каждого фактора в отдельности.
Ввиду недостатка соответствующей информации о влиянии на работоспособность отдельно шума и вибрации не удивительно, что еще меньше существует материалов об их сочетанном действии. Научный интерес к экспериментальному изучению указанной комбинации раздражителей появился сравнительно недавно. В нескольких работах рассматривалась двигательная функция по двухкомпонентному слежению и времени реакции, а также умственная работоспособность по длительности решения задач на запоминание и вычитание.
В итоге результаты изучения двигательной работоспособности не очень убедительны, однако в них можно найти некоторое соответствие с исследованиями умственной деятельности. Дополнительное изучение комплексного действия шума и вибрации на решение арифметических задач в уме в зависимости от времени дня (с 6 до 15 час.) не выявило достоверных различий. Иоселиани сообщает об ухудшении интеллектуальной деятельности при комбинации шума и вибрации. Он нашел, что 70% ухудшений является следствием вибрационного и 30% — шумового компонента.
Гретер и соавт., прибавив к шуму и вибрации еще один стрессовый фактор среды — тепло, в двух работах исследовали влияние этой комбинации на работоспособность. В обоих йсследованиях испытуемые подвергались действию тепла 49° С (120° F), шума (105 дб) и вибрации (5 гц, 0,30 пик) в отдельности, а затем в различных комбинациях. Результаты свидетельствуют, что комбинация стрессоров меньше влияет на работоспособность, чем каждый стрессор в отдельности. В наибольшей степени на показатели работоспособности влияет вибрация в чистом виде. Следует подчеркнуть, что эти результаты нельзя считать окончательными из-за ограниченного числа исследований этой области и недостатка информации.
В реальных жизненных ситуациях стрессовые факторы обычно действуют одновременно, а не отдельно, как их обычно изучают. Исследователи, работающие с комбинациями факторов, указывают на сложность этих многострессовых ситуаций, которая еще больше усугубляется взаимным влиянием заданий и методическими различиями. Проблемы, возникающие в исследованиях отдельных факторов, и небольшой опыт, накопленный при обобщении этих исследований,
говорят о том, что в предсказании работоспособности человека в условиях комбинированного воздействия, вероятно, в течение еще некоторого времени будут встречаться значительные затруднения. Однако применительно к обычным условиям работы авиакосмических экипажей не описаны ситуации, в которых бы акустическая энергия непосредственно действовала на человека, мешая ему выполнять задание. В наземных условиях в связи с тем, что шумовое воздействие значительно интенсивнее, наземный персонал должен избегать чрезмерного воздействия шума.
Недавние исследования в лабораториях и среди населения определили информационные рамки, внутри которых этот раздражитель может быть лучше воспринимаем. Оценки и наблюдения действия звуковых ударов суммированы в табл. 5.В специальных экспериментах не обнаружено прямого неблагоприятного влияния на население звуковых ударов с типичными уровнями интенсивности. Слуховой аппарат
Рис. 10, Примерные соотношения между индексами шумового воздействия, применяемыми в различных странах для оценки зашумленности местности и реакции населения
NEF — США; CNR — США; N — Франция; Q — ФРГ; NNI — Великобритания; В - Нидерланды; N1 — Южно-Африканская республика; ИКАО — WECPL.
I — возможны серьезные шумовые проблемы. Не должны проводиться какие-либо строительные работы без комплексного анализа ситуации;
II — индивидуальные реакции могут включать повторяющиеся жалобы и групповые действия. Постройки домов, школ, церквей и т. д. не должны предприниматься без комплексного анализа ситуации;
III — некоторые жалобы на шум возможны, и шум
может мешать некоторым видам деятельности;
IV — индивидуальные реакции, вероятно, включают
повторяющиеся жалобы, можно ожидать групповые действия населения;
V — возможны индивидуальные жалобы и групповые действия;
VI — значительных жалоб не ожидается, шум может, однако, мешать профессиональной деятельности жителей;
VII — всякое строительство запрещено, за исключением аэропорта;
VIII — жилое строительство при соответствующей звукоизоляции допустимо;
IX — исключить новые жилые постройки;
X — строительство без ограничения;
XI — запрещено жилое строительство;
XII — жилое строительство только в крайних случаях;
XIII — меры по борьбе с шумом;
XIV — без ограничения, но запрещены больницы в окрестностях границ этой зоны;
XV — «неприятность становится непереносимой» днем; XVI — «неприятность становится непереносимой» ночью; XVII — недопустимо;
XVIII— допустимо;
XIX — диапазон ограниченных целей для жилого строительства
Действие шумов высокой интенсивности
Шумовая среда во время запуска и статических проб авиакосмических летательных аппаратов в течение короткого времени достигает уровня суммарного звукового давле
ния от 120 до 170 дб и более. Лица, не имеющие специальной акустической защиты от этих шумов, вероятно, испытывают болевые ощущения и могут получить тяжелую акустическую травму за сравнительно короткое воздействие. Кроме того, при этих уровнях интенсивности, несмотря на хорошую защиту собственно слуха, могут иметь место общие неслуховые эффекты.
Постоянный шум
Стабильная акустическая энергия при таких уровнях, особенно на низких частотах, хорошо ощущается и воспринимается. Порог ощущения для звука распространяющегося по воздуху, приблизительно на 10 дб ниже порога слуховой боли в среднем частотном диапазоне. Акустическая энергия может раздражать механорецепторы всего организма. Раздражение воспринимается кожными рецепторами, висцеральной и вестибулярной системами. Придаточные пазухи носа, слпзистые оболочки а также проприоцепторы участвуют в ответной реакции. Общие ощущения необычны и до некоторой степени беспокоят даже лиц, привыкших к шумовым воздействиям. В течение акустического воздействия, а иногда и после него наблюдались головокружение тошнота, рвота и периодическая потеря ориентировки. Продолжительное воздействие вызывает раздражительность и утомление, которые сохраняются много часов после.
Как правило, персоналу не разрешается находиться в шумовом поле интенсивностью 150 дб, несмотря на применяемую слуховую защиту, поскольку это чревато поражениями неслухового характера. Лица, работающие в обстановке, в которой звуковое воздействие
приближается к этим уровням, и чувствительные к неслуховым или слуховым воздействиям, должны тщательно обследоваться.
Импульсные звуки
Импульсные звуки от оружейных выстрелов, взрывов, ударных механизмов и звуковых ударов обычно имеют длительность меньше 1000 мсек и величину пикового положительного давления от 120 до 170 дб и больше. Относительно небольшая энергия отдельного импульса с очень коротким временем нарастания и спада значительно менее эффективна в смысле влияния на человека, чем непрерывный шум. В случае, если высокоинтенсйвные импульсы встречаются часто, их потенциальное неблагоприятное действие повышается. Импульсные шумы, встречающиеся в авиации и космонавтике, обычно имеют характер отдельного сигнала или одиночного импульса и могут быть ограничены достаточно низкими уровнями звуковых ударов, генерируемых существующими системами.
Инфразвук. Спектр шума, состоящий из низкочастотной и инфразвуковой энергии, может воздействовать на такие части тела, как грудь, живот, глаза и придаточные пазухи носа, вызывая неприятные ощущения и утомление. Психологиче-
Рис. 11. Инфразвуковое воздействие и соответствующие субъективные реакции
1, 2 — широкая полоса;
3 — октавные полосы;
4 — узкие полосы;
5, 6 — чистые тоны;
А —вибрация груди, затруднение дыхания, изменение ритма дыхания; последующая усталость, ниже добровольной переносимости;
Б — головная боль, удушье, кашель, затуманенное зрение, усталость; предел переносимости достигнут;
В — тошнота, головокружение, дискомфорт;
Г — кашель, слюноотделение, помеха дыханию, боль при глотании.
ские ответы, сопровождающие эти эффекты, могут приводить к еще более сложным реакциям.
В одной обширной работе была сделана попытка систематизировать влияние на различные реакции человека нескольких существующих источников инфразвуковой и низкочастотной энергии высокой интенсивности. На рис. 11 показаны характерные спектры и уровни акустической энергии, действию которой в отдельных опытах подвергались привычные к шуму обследуемые. Они пользовались средствами защиты слуха в тех случаях, когда шум имел интенсивные составляющие в звуковом диапазоне, но специально открывали уши или испытывали различные типы противошумов, если высокочастотная часть энергии была относительно мала. Данные по субъективной переносимости различных шумовых воздействий также суммированы на рис. 11. Пределы переносимости, установленные добровольцами на частотах ниже 100 гц, достигали от 150 до 154 дб при выраженных симптомах тошноты, головокружения, кашля, срыва дыхания и т. п. Это подтверждает, что максимально допустимый предел воздействия инфразвука составляет около 150 дб. Эти уровни и реакции относятся к переносимости, приближающейся к границам для заданных длительностей воздействия, хотя сами обследуемые отмечали, что действительный порог переносимости еще не достигнут. Более низкие уровни воздействия можно смело считать безопасными и допустимыми для более длительного времени.
Ультразвук.
В литературе приводится немного доказательств определенного влияния на людей ультразвука, передающегося по воздуху. Это частично связано с тем, что ультразвук легко поглощается атмосферой и противошумовыми средствами. Используя стандартную слуховую защиту, можно существенно снизить жалобы на неблагоприятное действие этого фактора.
Субъективные симптомы ультразвукового воздействия сначала связывали с особой подверженностью воздействию некоторых лиц; в настоящее время представлены доказательства существования соответствующей симптоматики, появляющейся в этих специфических условиях. Энергия на частотах выше 17 000 гц с уровнем большим, чем 70 дб, может вызывать субъективные ощущения. Лица, слуховой диапазон которых не включает эту область частот, не испытывают субъективных ощущений. Женщины реагируют на ультразвук чаще, чем мужчины, а молодые люди чаще, чем пожилые. На основании способности слухового восприятия ультразвука частотой выше 17 000 гц и 70 дб можно различать три группы лиц.
Многие ультразвуковые источники также создают значительную энергию в звуковом диапазоне частот, и поэтому жалобы обычно относятся к воздействию этой более низкочастотной энергии. В таких случаях сниже
ние уровня звуковой части действующей энергии фактически приводит к полному исчезновению субъективных симптомов. Тем не менее когда ультразвуковой поток в направлении головы оператора превышает допустимые уровни, у незащищенного персонала могут возникать субъективные болезненные ощущения.
Скачать реферат:
Пароль на архив: privetstudent.com