Сегодня принято определять шум как «звук, который может мешать, вредить, существенно ущемлять комфорт или беспокоить человека». Хотя с позиций физики можно весьма точно назвать условия, при которых шум наносит повреждение слуху, но на вопрос о том, когда он начинает мешать или беспокоить, ответить с научной точки зрения не так-то просто. Для этого устанавливаются нормативные значения шумовой эмиссии, которых, например, необходимо придерживаться при проектировании и строительстве в жилых районах.
Много лет назад в Верховном суде Мюнхена рассматривался случай, который впоследствии получил широкую известность. Речь шла о пруде, в котором ночью громко квакали лягушки. Владелица сада в Ингольштадте была вынуждена заплатить своему соседу, которому лягушачий концерт мешал спать, 3000 немецких марок. Суд обосновал свой вердикт тем, что в жилых кварталах ночью уровень шума не должен превышать 30 дБ (А), лягушки же квакали с громкостью в целых 64 дБ (А). Так как они относились к числу охраняемых животных, их невозможно было удалить из биотопа. Таким образом, помеха оказалась неустранимой, и поэтому владелице участка пришлось выплатить компенсацию в пользу истца.
Совсем иначе выглядит дело с нормативами, относящимися к повреждениям слуха. При шумовом повреждении слуха различают шумовую травму, которая развивалась в течение длительного времени (шумовая потеря слуха), и внезапно наступившую звуковую травму. Далее в статье речь пойдет преимущественно о шумовой травме. Но вначале необходимо сказать несколько слов о функции слуха и о волосковых клетках внутреннего уха.
Рис. 1. Схематическое представление человеческого наружного, среднего и внутреннего уха вместе со спиральной улиткой. Орган равновесия показан здесь сильно упрощенно, при этом три полукружных канала представлены в виде одного. Орган равновесия и улитка связаны между собой перилимфой. Это объясняет то, почему при длительной шумовой нагрузке с очень высоким уровнем наступает дурнота и появляются другие симптомы, как при морской болезни.
С барабанной перепонки начинается среднее ухо, которое состоит из заполненной воздухом барабанной полости и находящихся в ней трех связанных друг с другом слуховых косточек – молоточка, наковальни и стремечка (Рис. 2). Евстахиева труба, которая отвечает за выравнивание атмосферного давления через носоглоточную и ротовую полости, с акустической точки зрения значения не имеет.
Рис. 2. Три слуховые косточки: наковальня, стремечко и молоточек в сравнении с монетой в 1 пфенниг (диаметр монеты в 1 евроцент меньше всего на 0,25 мм).
В отличие от нее, цепочка слуховых косточек играет очень важную роль. Она образует рычажный механизм, который исполняет функцию преобразователя импеданса. Последнее звено этой цепочки, стремечко (stapedius), прикреплено к тонкой мембране, так называемому овальному окну, и тем самым образует прямую связь с заполненным жидкостью внутренним ухом, т.е. собственно слуховым органом.
Из электротехники известно, что для передачи максимальной мощности, например, через две связанные между собой схемы передачи или, точнее, между выходом усилителя и подключенным к нему громкоговорителем либо телефоном, СА нужно провести своеобразную настройку, то есть по возможности выровнять импедансы обеих сторон. Там, где это невозможно, целесообразно использовать преобразователь импеданса. В случае громкоговорителя с импедансом, например, 4-8 Ом и усилителя с выходным импедансом порядка сотен и даже тысяч Ом между ними подключают преобразователь импеданса, который с электрической точки зрения представляет собой трансформатор. Ту же самую функцию выполняют слуховые косточки среднего уха. Звук, который попадает к нам по воздушному пути, в котором коэффициент акустического импеданса равен
Интересно, что у морских млекопитающих, например, у китов или дельфинов, имеется лишь рудиментарный аппарат среднего уха. Звук, который служит животным для ориентации и коммуникации, передается у них из жидкости в жидкость. Преобразование импеданса при этом становится избыточным.
Слуховые косточки среднего уха выполняют еще одну важную задачу: защищают слух от слишком громких звуков и тем самым от повреждения. Для этого в цепочке слуховых косточек находятся два крохотных мускула: мышца, натягивающая барабанную перепонку, и стременная мышца. В зависимости от уровня поступающего звука эти мышцы сжимаются сильнее или слабее и тем самым изменяют обычное положение слуховых косточек. За счет этого удается избежать слишком мощного приложения силы стремечка к овальному окну и защитить внутреннее ухо от излишне высоких уровней звука, в том числе и от собственного голоса!
Этот процесс, за которым можно наблюдать непосредственно в ходе импедансометрии, разумеется, требует определенного времени срабатывания (несколько миллисекунд). Если этот промежуток времени при очень быстро возникающем импульсном звуке (например, взрыв или выстрел) не выдерживается, то вся звуковая энергия попадает во внутреннее ухо неослабленной, отчего возникает опасность получить звуковую травму.
А теперь вернемся к внутреннему уху. Эта часть слухового органа состоит из сформированного в форме улитки и закрытого на конце канала длиной примерно 32 мм, так называемой улитки (cochlea). На Рис. 1 улитка развернута, т.е. представлена выпрямленной, чтобы можно было понятнее объяснить ее функцию. Как было сказано выше, улитка заполнена жидкостью (перилимфой). Помимо этого, улитка делится разделительной спиральной пластинкой и базилярной мембраной на два канала: верхний (лестница преддверия) и нижний (барабанная лестница). Верхний канал начинается прямо за овальным окном, к которому прикреплено стремечко, а нижний канал заканчивается у круглого окна.
Звуковые волны, передающиеся через стремечко и овальное окно на жидкость внутреннего уха в барабанной лестнице, заставляют базилярную мембрану колебаться, причем в виде бегущей волны (Рис. 3). Это явление в 1928 году впервые открыл и описал Георг фон Бекеши, за что получил Нобелевскую премию по медицине. При распространении бегущей волны по улитке из-за отражений на ее огибающей появляются максимумы, которые при высоких частотах располагаются вблизи от обоих окон, а при низких частотах сдвигаются в сторону верхушки улитки, так называемой геликотремы (Рис. 4). Бегущая волна вдоль базилярной мембраны – последний процесс во внутреннем ухе, при котором принятый звук все еще выступает в качестве «аналогового» явления.
Рис. 3. Пространственное представление бегущей волны вдоль базилярной мембраны (компьютерная анимация). Красная стрелка показывает направление движения волны.
Рис. 4. Вследствие градиента эластичности бегущая волна проходит по базилярной мембране преимущественно от основания улитки к ее верхушке, в том числе и при звуках костной проводимости. Реальное отклонение базилярной мембраны располагается в области ангстрем (1А = 10 -10 м). На рисунке для большей наглядности отклонения представлены чрезмерно большими. При высокой частоте максимум бегущей волны сдвигается в сторону базальной части, а при низкой частоте – в направлении Геликотремы.
На базилярной мембране располагается орган Корти (Рис. 5), в котором происходит собственно превращение звуковых колебаний в сложные кодированные нервные импульсы. Говоря современным языком информационных технологий, орган Корти можно назвать первым аналого-цифровым преобразователем, который нам дала природа. Он содержит множество волосковых клеток, напротив которых на очень небольшом расстоянии находится покровная мембрана. Бегущая волна с невообразимо малой амплитудой (речь идет о нанометрах), которая пробегает по базилярной мембране и при этом касается покровной мембраны, считывается тысячами волосковых клеток и превращается в сложный электрический сигнал. Исходящие при этом из волосковых клеток потенциалы действия передаются через слуховой нерв в слуховой центр мозга, и происходит акустическое сенсорное восприятие, которое мы привыкли обозначать как слух.
Рис. 5. Поперечный разрез улитки. На базилярной мембране находится орган Корти, в котором происходит преобразование пока еще аналоговых колебаний в уже цифровые нервные импульсы. Орган Корти содержит множество сенсорных клеток, волоски которых (волосковые клетки) противостоят покровной мембране, находящейся на небольшом расстоянии. Движения базилярной мембраны вызывают соответствующее возбуждение волосковых клеток.
В дополнение к этому о волосковых клетках следует сказать то, что существует несколько рядов наружных клеток (Рис. 6) и лишь один ряд внутренних клеток. Примерно 3500 волосковых клеток внутреннего ряда отвечают за преобразование механических раздражителей в электрические импульсы, и оба ряда имеют четко определенные задачи. Известно, что нормальный и здоровый слух способен распознавать изменения уровней звукового давления, превышающие 3 дБ (А). Это значение является основой для определения граничных частот в передающих системах. В отличие от нормально слышащих слабослышащие люди, повреждение слуха которых связано с ФУНГом (феноменом ускоренного нарастания громкости), способны воспринимать изменения уровня величиной всего 1 дБ (А). На этом основан стандартный тест надпороговой диагностики слуха, а именно тест SISI (индекс чувствительности к коротким волнам). За возникновение ФУНГа обычно отвечает акустическое повреждение наружных волосковых клеток.
Рис. 6. Изображение наружных клеток внутреннего уха в электронном микроскопе. Слева – здоровые клетки (масштаб 5 мкм), справа – разрушенные импульсным звуком.
Если же слух подвергается постоянной нагрузке свыше 85 дБ (А) при ежедневном воздействии в течение восьми часов, которое длится не несколько дней, а месяцы и годы – так, что слух не имеет возможности отдохнуть, то временный сдвиг порогов слышимости в итоге превращается в постоянный, т.е. в необратимую потерю слуха. Сенсорные клетки органа Корти претерпевают невосстановимые шумовые повреждения.
С самого начала шумовое повреждение слуха отображается на тональной аудиограмме в виде типичной потери слуха на частоте 4000 Гц (Рис. 7). Характерное снижение кривой слышимости распознается как по воздушной, так и по костной проводимости. Его также называют снижением до 5-й октавы (С5). Повреждение волосковых клеток отчетливо наблюдается в одном и том же частотном диапазоне, независимо от частотного диапазона шума, ставшего причиной повреждения. При продолжении действия шума из высокочастотного снижения на частоте 4 кГц развивается круто ниспадающая высокочастотная потеря слуха, которая все сильнее ограничивает понимание речи.
Рис. 7. Снижение до 5-й октавы на тональной аудиограмме по воздушной и костной проводимости – безошибочный признак повреждения внутреннего уха, в том числе из-за шума.
Действующий сегодня предельный норматив нагрузки нашего слуха величиной L = 85 дБ (А) при ежедневном времени действия 8 часов был получен в ходе исследований временного сдвига порогов слышимости.
Помимо опасности шумового повреждения слуха существует еще и шумовая нагрузка, которая отрицательно воздействует на здоровье: особенно сильное действие оказывает авиационный шум, а также шум уличного движения и прочий окружающий шум. Здесь к ухудшению самочувствия могут приводить гораздо более низкие шумовые нагрузки. Например, уровень звукового давления, начиная с 55 дБ (А), уже может ощущаться как мешающий, если человек подвергается ему в течение долгого времени: он может ухудшать самочувствие и снижать производительность труда. Шум с уровнями звука от 65 до 75 дБ (А) вызывает в нашем организме стресс с такими последствиями, как повышение давления, сердечно-сосудистые заболевания и т.д. Само собой разумеется, что шум может стать причиной несчастного случая, так как он маскирует предостерегающие сигналы.
Отдельно можно выделить шум от пролетающих ночью самолетов, который может причинять вред здоровью даже при очень низких уровнях (в отдельных случаях – менее 45 дБ (А).
Среди мероприятий, которые, наряду с запретом ночных полетов, могут принести пользу, чаще всего обсуждается применение звукоизолирующих стеклопакетов при установке окон. Остановимся на этом вопросе более подробно. Что касается эффективности приглушения звуков воздушной проводимости, окна считаются одним из самых слабых конструктивных элементов дома. Коэффициент звукоизоляции R окон составляет:
Рис. 8. Коэффициент звукоизоляции R стеклянного листа толщиной 12 мм при направленном падении звука с трех разных углов β в зависимости от частоты. При вертикальном падении звука (0°) в кривой звукопоглощения отсутствует впадина совпадения, следовательно, звукопоглощение в данном случае максимально.
Обе впадины на кривых вызваны так называемым эффектом совпадения или настройки следа. В этом случае важен следующий факт: звукоизоляция зависит от того, с какого направления звук попадает на оконное стекло. Если рассмотреть с этой точки зрения, например, многоэтажный дом, то нетрудно увидеть, что звук падает на отдельные окна под очень разными углами (Рис. 9).
В строительной акустике хорошо известно, что при двухслойном строительстве можно добиться значительного повышения уровня звукоизоляции, причем это относится не только к стенам, но и к остеклению. Первоначально окна с изолирующими стеклопакетами устанавливались для сохранения тепла. Но очень скоро выяснилось, что от этого выигрывает и качество звукоизоляции. Однако и здесь существуют свои нюансы. Чтобы при двойном остеклении исключить эффект совпадения, желательно, чтобы оба стекла имели разную толщину.
Для еще большего улучшения качества звукоизоляции двойной стеклопакет заполняют газом, например, гексафторидом серы (SF6), который имеет отличную от воздуха скорость звукопроведения, и соответственно, дополнительно рассеивает звуковые волны. И хотя получающийся в итоге показатель звукоизоляции стены дома в целом определяется не только окнами, но и соотношением площади всех окон к площади стен, использование стеклопакетов в качестве защиты от авиационного шума целесообразно и обоснованно.
Много лет назад в Верховном суде Мюнхена рассматривался случай, который впоследствии получил широкую известность. Речь шла о пруде, в котором ночью громко квакали лягушки. Владелица сада в Ингольштадте была вынуждена заплатить своему соседу, которому лягушачий концерт мешал спать, 3000 немецких марок. Суд обосновал свой вердикт тем, что в жилых кварталах ночью уровень шума не должен превышать 30 дБ (А), лягушки же квакали с громкостью в целых 64 дБ (А). Так как они относились к числу охраняемых животных, их невозможно было удалить из биотопа. Таким образом, помеха оказалась неустранимой, и поэтому владелице участка пришлось выплатить компенсацию в пользу истца.
Совсем иначе выглядит дело с нормативами, относящимися к повреждениям слуха. При шумовом повреждении слуха различают шумовую травму, которая развивалась в течение длительного времени (шумовая потеря слуха), и внезапно наступившую звуковую травму. Далее в статье речь пойдет преимущественно о шумовой травме. Но вначале необходимо сказать несколько слов о функции слуха и о волосковых клетках внутреннего уха.
Как работает человеческое ухо
Анатомическое строение уха должно быть превосходно известно читателям нашего журнала. Гораздо менее известно схематическое представление человеческого органа слуха с чисто акустической точки зрения, при котором он четко делится на наружное, среднее и внутреннее ухо (Рис. 1). Ушная раковина с идущим от нее наружным слуховым проходом, который ведет к барабанной перепонке, образует наружное ухо. Наружный слуховой проход, имеющий внутреннее поперечное сечение размером примерно 0,4 кв. см и среднюю длину 2,5 см, можно представить как открытый с одной стороны резонатор с собственной частотой около 3,4 кГц, задний конец которого закрыт упругой барабанной перепонкой. Этот резонатор отвечает за всем известное понижение кривой порогов слышимости, которое соответствует повышению чувствительности нашего слуха ниже границы 0 дБ. Рис. 1. Схематическое представление человеческого наружного, среднего и внутреннего уха вместе со спиральной улиткой. Орган равновесия показан здесь сильно упрощенно, при этом три полукружных канала представлены в виде одного. Орган равновесия и улитка связаны между собой перилимфой. Это объясняет то, почему при длительной шумовой нагрузке с очень высоким уровнем наступает дурнота и появляются другие симптомы, как при морской болезни.
С барабанной перепонки начинается среднее ухо, которое состоит из заполненной воздухом барабанной полости и находящихся в ней трех связанных друг с другом слуховых косточек – молоточка, наковальни и стремечка (Рис. 2). Евстахиева труба, которая отвечает за выравнивание атмосферного давления через носоглоточную и ротовую полости, с акустической точки зрения значения не имеет.
Рис. 2. Три слуховые косточки: наковальня, стремечко и молоточек в сравнении с монетой в 1 пфенниг (диаметр монеты в 1 евроцент меньше всего на 0,25 мм).
В отличие от нее, цепочка слуховых косточек играет очень важную роль. Она образует рычажный механизм, который исполняет функцию преобразователя импеданса. Последнее звено этой цепочки, стремечко (stapedius), прикреплено к тонкой мембране, так называемому овальному окну, и тем самым образует прямую связь с заполненным жидкостью внутренним ухом, т.е. собственно слуховым органом.
Из электротехники известно, что для передачи максимальной мощности, например, через две связанные между собой схемы передачи или, точнее, между выходом усилителя и подключенным к нему громкоговорителем либо телефоном, СА нужно провести своеобразную настройку, то есть по возможности выровнять импедансы обеих сторон. Там, где это невозможно, целесообразно использовать преобразователь импеданса. В случае громкоговорителя с импедансом, например, 4-8 Ом и усилителя с выходным импедансом порядка сотен и даже тысяч Ом между ними подключают преобразователь импеданса, который с электрической точки зрения представляет собой трансформатор. Ту же самую функцию выполняют слуховые косточки среднего уха. Звук, который попадает к нам по воздушному пути, в котором коэффициент акустического импеданса равен
Zo, воздух = p * c = 408 Н*с/куб. м (2),
где p – плотность воздуха в кг/куб. м, а с – скорость звука в воздухе в м/с,
должен быть по возможности без потерь передан в жидкость, находящуюся во внутреннем ухе. Но там коэффициент акустического импеданса значительно выше, а именно: Zo, жидкость = 1.44*106 Н*с/куб. м, поэтому относительно низкий коэффициент акустического импеданса (Zo, воздух) с помощью слуховых косточек приспосабливается к гораздо более высокому коэффициенту акустического импеданса (Zo, жидкость) жидкости внутреннего уха. Выражаясь проще, относительно большая скорость звука в воздухе снижается до гораздо меньшей скорости звука в жидкости внутреннего уха. Звуковое давление воздуха трансформируется в тех же соотношениях. где p – плотность воздуха в кг/куб. м, а с – скорость звука в воздухе в м/с,
Интересно, что у морских млекопитающих, например, у китов или дельфинов, имеется лишь рудиментарный аппарат среднего уха. Звук, который служит животным для ориентации и коммуникации, передается у них из жидкости в жидкость. Преобразование импеданса при этом становится избыточным.
Слуховые косточки среднего уха выполняют еще одну важную задачу: защищают слух от слишком громких звуков и тем самым от повреждения. Для этого в цепочке слуховых косточек находятся два крохотных мускула: мышца, натягивающая барабанную перепонку, и стременная мышца. В зависимости от уровня поступающего звука эти мышцы сжимаются сильнее или слабее и тем самым изменяют обычное положение слуховых косточек. За счет этого удается избежать слишком мощного приложения силы стремечка к овальному окну и защитить внутреннее ухо от излишне высоких уровней звука, в том числе и от собственного голоса!
Этот процесс, за которым можно наблюдать непосредственно в ходе импедансометрии, разумеется, требует определенного времени срабатывания (несколько миллисекунд). Если этот промежуток времени при очень быстро возникающем импульсном звуке (например, взрыв или выстрел) не выдерживается, то вся звуковая энергия попадает во внутреннее ухо неослабленной, отчего возникает опасность получить звуковую травму.
А теперь вернемся к внутреннему уху. Эта часть слухового органа состоит из сформированного в форме улитки и закрытого на конце канала длиной примерно 32 мм, так называемой улитки (cochlea). На Рис. 1 улитка развернута, т.е. представлена выпрямленной, чтобы можно было понятнее объяснить ее функцию. Как было сказано выше, улитка заполнена жидкостью (перилимфой). Помимо этого, улитка делится разделительной спиральной пластинкой и базилярной мембраной на два канала: верхний (лестница преддверия) и нижний (барабанная лестница). Верхний канал начинается прямо за овальным окном, к которому прикреплено стремечко, а нижний канал заканчивается у круглого окна.
Звуковые волны, передающиеся через стремечко и овальное окно на жидкость внутреннего уха в барабанной лестнице, заставляют базилярную мембрану колебаться, причем в виде бегущей волны (Рис. 3). Это явление в 1928 году впервые открыл и описал Георг фон Бекеши, за что получил Нобелевскую премию по медицине. При распространении бегущей волны по улитке из-за отражений на ее огибающей появляются максимумы, которые при высоких частотах располагаются вблизи от обоих окон, а при низких частотах сдвигаются в сторону верхушки улитки, так называемой геликотремы (Рис. 4). Бегущая волна вдоль базилярной мембраны – последний процесс во внутреннем ухе, при котором принятый звук все еще выступает в качестве «аналогового» явления.
Рис. 3. Пространственное представление бегущей волны вдоль базилярной мембраны (компьютерная анимация). Красная стрелка показывает направление движения волны.
Рис. 4. Вследствие градиента эластичности бегущая волна проходит по базилярной мембране преимущественно от основания улитки к ее верхушке, в том числе и при звуках костной проводимости. Реальное отклонение базилярной мембраны располагается в области ангстрем (1А = 10 -10 м). На рисунке для большей наглядности отклонения представлены чрезмерно большими. При высокой частоте максимум бегущей волны сдвигается в сторону базальной части, а при низкой частоте – в направлении Геликотремы.
На базилярной мембране располагается орган Корти (Рис. 5), в котором происходит собственно превращение звуковых колебаний в сложные кодированные нервные импульсы. Говоря современным языком информационных технологий, орган Корти можно назвать первым аналого-цифровым преобразователем, который нам дала природа. Он содержит множество волосковых клеток, напротив которых на очень небольшом расстоянии находится покровная мембрана. Бегущая волна с невообразимо малой амплитудой (речь идет о нанометрах), которая пробегает по базилярной мембране и при этом касается покровной мембраны, считывается тысячами волосковых клеток и превращается в сложный электрический сигнал. Исходящие при этом из волосковых клеток потенциалы действия передаются через слуховой нерв в слуховой центр мозга, и происходит акустическое сенсорное восприятие, которое мы привыкли обозначать как слух.
Рис. 5. Поперечный разрез улитки. На базилярной мембране находится орган Корти, в котором происходит преобразование пока еще аналоговых колебаний в уже цифровые нервные импульсы. Орган Корти содержит множество сенсорных клеток, волоски которых (волосковые клетки) противостоят покровной мембране, находящейся на небольшом расстоянии. Движения базилярной мембраны вызывают соответствующее возбуждение волосковых клеток.
В дополнение к этому о волосковых клетках следует сказать то, что существует несколько рядов наружных клеток (Рис. 6) и лишь один ряд внутренних клеток. Примерно 3500 волосковых клеток внутреннего ряда отвечают за преобразование механических раздражителей в электрические импульсы, и оба ряда имеют четко определенные задачи. Известно, что нормальный и здоровый слух способен распознавать изменения уровней звукового давления, превышающие 3 дБ (А). Это значение является основой для определения граничных частот в передающих системах. В отличие от нормально слышащих слабослышащие люди, повреждение слуха которых связано с ФУНГом (феноменом ускоренного нарастания громкости), способны воспринимать изменения уровня величиной всего 1 дБ (А). На этом основан стандартный тест надпороговой диагностики слуха, а именно тест SISI (индекс чувствительности к коротким волнам). За возникновение ФУНГа обычно отвечает акустическое повреждение наружных волосковых клеток.
Рис. 6. Изображение наружных клеток внутреннего уха в электронном микроскопе. Слева – здоровые клетки (масштаб 5 мкм), справа – разрушенные импульсным звуком.
Шумовая травма или шумовая потеря слуха
Звук, который достигает нашего уха с эквивалентным длительным звуковым уровнем менее 85 дБ (А), согласно сегодняшним знаниям, не вызывает необратимых повреждений, независимо от того, как долго он действует на слух. В отличие от этого, уровни величиной более 85 дБ (А) при очень длительном и повторяющемся действии оказывают заметное отрицательное действие. Уровни этой величины уже через несколько часов могут вызывать слуховую усталость или временный сдвиг порогов слышимости, вызывая краткосрочную потерю слуха в 10 дБ и более. Но эта потеря слуха обратима и может после акустического отдыха в течение нескольких часов исчезнуть, при этом пороги слышимости вернутся в нормальное положение.Если же слух подвергается постоянной нагрузке свыше 85 дБ (А) при ежедневном воздействии в течение восьми часов, которое длится не несколько дней, а месяцы и годы – так, что слух не имеет возможности отдохнуть, то временный сдвиг порогов слышимости в итоге превращается в постоянный, т.е. в необратимую потерю слуха. Сенсорные клетки органа Корти претерпевают невосстановимые шумовые повреждения.
С самого начала шумовое повреждение слуха отображается на тональной аудиограмме в виде типичной потери слуха на частоте 4000 Гц (Рис. 7). Характерное снижение кривой слышимости распознается как по воздушной, так и по костной проводимости. Его также называют снижением до 5-й октавы (С5). Повреждение волосковых клеток отчетливо наблюдается в одном и том же частотном диапазоне, независимо от частотного диапазона шума, ставшего причиной повреждения. При продолжении действия шума из высокочастотного снижения на частоте 4 кГц развивается круто ниспадающая высокочастотная потеря слуха, которая все сильнее ограничивает понимание речи.
Рис. 7. Снижение до 5-й октавы на тональной аудиограмме по воздушной и костной проводимости – безошибочный признак повреждения внутреннего уха, в том числе из-за шума.
Действующий сегодня предельный норматив нагрузки нашего слуха величиной L = 85 дБ (А) при ежедневном времени действия 8 часов был получен в ходе исследований временного сдвига порогов слышимости.
Некоторые защитные мероприятия против шума
Хорошо известно, что шум может приводить к значительным и необратимым повреждениям слуха. Эквивалентный длительный уровень звука свыше 85 дБ (А), который в течение нескольких лет ежедневно действует на слух 8 часов и более, например, на шумном рабочем месте, почти всегда приводит к необратимой шумовой травме. Наряду с этим очень кратковременный, но чрезвычайно интенсивный импульсный звук, например, выстрел, также может вызвать необратимые повреждения слуха, а именно звуковую травму. Рассмотрим некоторые способы защиты от излишне громких звуков.Помимо опасности шумового повреждения слуха существует еще и шумовая нагрузка, которая отрицательно воздействует на здоровье: особенно сильное действие оказывает авиационный шум, а также шум уличного движения и прочий окружающий шум. Здесь к ухудшению самочувствия могут приводить гораздо более низкие шумовые нагрузки. Например, уровень звукового давления, начиная с 55 дБ (А), уже может ощущаться как мешающий, если человек подвергается ему в течение долгого времени: он может ухудшать самочувствие и снижать производительность труда. Шум с уровнями звука от 65 до 75 дБ (А) вызывает в нашем организме стресс с такими последствиями, как повышение давления, сердечно-сосудистые заболевания и т.д. Само собой разумеется, что шум может стать причиной несчастного случая, так как он маскирует предостерегающие сигналы.
Отдельно можно выделить шум от пролетающих ночью самолетов, который может причинять вред здоровью даже при очень низких уровнях (в отдельных случаях – менее 45 дБ (А).
Среди мероприятий, которые, наряду с запретом ночных полетов, могут принести пользу, чаще всего обсуждается применение звукоизолирующих стеклопакетов при установке окон. Остановимся на этом вопросе более подробно. Что касается эффективности приглушения звуков воздушной проводимости, окна считаются одним из самых слабых конструктивных элементов дома. Коэффициент звукоизоляции R окон составляет:
R = L1 – L2 + 10*lg (S/A2) в дБ (3),
В числе прочего R зависит и от угла падения звука β, что часто упускают из виду или оставляют без внимания (Рис. 8).где L1 и L2 – средний уровень звукового давления перед проверяемым оконным стеклом и за ним в дБ; S – площадь оконного стекла в кв. м; A2 – эквивалентная площадь абсорбции во внутреннем помещении, за стеклом, в кв. м.
Рис. 8. Коэффициент звукоизоляции R стеклянного листа толщиной 12 мм при направленном падении звука с трех разных углов β в зависимости от частоты. При вертикальном падении звука (0°) в кривой звукопоглощения отсутствует впадина совпадения, следовательно, звукопоглощение в данном случае максимально.
|
|
|
|
|
Рис. 9. В зависимости от этажа, звуки уличного движения могут падать на окна и другие конструктивные элементы здания под различными углами, отчего они из-за эффекта совпадения попадают во внутренние помещения с не одинаковой степенью приглушения. |
В строительной акустике хорошо известно, что при двухслойном строительстве можно добиться значительного повышения уровня звукоизоляции, причем это относится не только к стенам, но и к остеклению. Первоначально окна с изолирующими стеклопакетами устанавливались для сохранения тепла. Но очень скоро выяснилось, что от этого выигрывает и качество звукоизоляции. Однако и здесь существуют свои нюансы. Чтобы при двойном остеклении исключить эффект совпадения, желательно, чтобы оба стекла имели разную толщину.
Для еще большего улучшения качества звукоизоляции двойной стеклопакет заполняют газом, например, гексафторидом серы (SF6), который имеет отличную от воздуха скорость звукопроведения, и соответственно, дополнительно рассеивает звуковые волны. И хотя получающийся в итоге показатель звукоизоляции стены дома в целом определяется не только окнами, но и соотношением площади всех окон к площади стен, использование стеклопакетов в качестве защиты от авиационного шума целесообразно и обоснованно.
Профессор Ивар Вейт известен как автор более 170 публикаций о проблемах слуха и активный участник многих акустических обществ в разных странах мира. Закончил Университет г. Ильменау с присвоением квалификации инженера, в Университете г. Аахена защитил диссертацию на получение докторской степени. В течение многих лет жил в Германии, где занимал многочисленные руководящие посты в НИИ, на производстве сурдоакустической техники и в ВУЗах.
Журнал «Horakustik» № 5 за 2014 год
