Особенности воздействия звуковых колебаний на организм человека

Особенности воздействия звуковых колебаний на организм человека

Современная цивилизация, с одной стороны, подарила человечеству многочисленные жизненные удобства, а с другой, породила серьезные проблемы в области защиты людей от вибрационных, акустических, электромагнитных и радиационных излучений.

Урбанизация вызвала концентрацию населения на достаточно малых пространствах, что привело к резкому увеличению вибрационного и акустического фонового уровня. Удары копров, пневматических молотков, излучение акустических колебаний двигателями автомобилей и железнодорожных составов, вибрационные колебания водопроводных труб, холодильников, стиральных машин и т.п., увеличили вибрационный и акустический уровни в местах проживания и отдыха людей.

Если до 70-х годов прошлого века акустический фон не превышал 40-50 дБ (относительно порога чувствительности человеческого уха — равного I0 =10 -12 Вт/см2 ), то к 2000 году этот фон, особенно в крупных городах, стал достигать значений 60 — 70 дБ, а в особенно оживленных районах даже — 70-80 дБ.

В качестве примера в таблице 2.1 приведен известный перечень уровней относительных интенсивностей I = 10 lg(I/I0) звуковых волн, излучаемых различными акустическими источниками, из которого следует, что при интенсивностях превышающих 65 — 70 дБ длительное нахождение людей в акустическом поле таких интенсивностей негативно сказывается на функционировании человеческого организма: появляются головные боли, усталость, возникает раздражительность.

Особенности колебательных движений в человеческом организме

Всякий живой человеческий организм является с точки зрения акустики специфической колебательной системой, отдельные элементы (органы) которой совершают сложные колебания в широком диапазоне частот — от инфранизких до звуковых.

Рассмотрим наиболее характерные колебательные движения органов человека:

  • биение сердца составляет — 60 -70 ударов в минуту ( 1 -1,33 Гц),
  • колебания мышц происходят в диапазоне от 1 до 10 Гц,
  • перистальтика желудка, движение рук, ног, всего тела охватывают частоты инфразвуковых колебаний ( от 0,5 до 15 Гц)

ЭлектроЭнцифалоГраммы (ЭЭГ) мозга людей имеют следующие наиболее выраженные биоритмы:

  • d — ритм в диапазоне от 0,5 до 3 гц при амплитудах до 1000 мкВ (данный биоритм характеризует — при бодрствующем состоянии — определенную патологию коры головного мозга, а во время сна — является нормой, кроме того d — ритм в бодрствующем состоянии свидетельствует о невыдержанности людей, их раздражительном характере, а также возможном заболевании эпилепсией), следует отметить, что при потере сознания на ЭЭГ появляется медленный d — ритм высокой амплитуды;
  • q — ритм в диапазоне от 4 до 7 Гц (этот биоритм связан с эмоциональной сферой человека и резкое возрастание амплитуд q — ритма связано с состоянием агрессии, отрицательного настроения и других негативных эмоций человека),
  • a — ритм — в диапазоне от 7,5 до 13 Гц при амплитудах от 10 до 100 мкВ (a — ритм присутствует в ЭЭГ у людей различного возраста и определяет эмоциональное состояние человека, во время бодрствования a — ритм связан с вниманием, депрессию a — ритма можно вызвать любым раздражением органов чувств человека, например, при раздражении сетчатки глаз световыми импульсами, при высоком уровне звуковых колебаний на дискотеке, рок-концерте и пр.),
  • b — ритм в диапазоне частот от 15 до 25 Гц при амплитудах лежащих в пределах от 25 до 30 мкВ,
  • быстрые колебания ( типа спайка) в диапазоне частот от 500 до 1000 Гц при амплитудах от 150 до 200 мВ;
  • ритмика корковых биотоков находится в диапазоне частот от 10 до 50 Гц;
  • ритм мышечных биотоков не превышает по частотам 40 — 50 Гц.

Даже такой краткий перечень характерных колебательных движений в человеческом организме свидетельствует о том, что при внешних воздействиях вибрационных и акустических волн могут возникать резонансные явления (т.е. совпадения частот внешних воздействий с собственными частотами колебаний тканей или биотоков в организме человека), которые могут отрицательно влиять на состояние организма.

Особенности воздействия инфразвуковых колебаний на человеческий организм

Как известно, источниками инфразвуковых колебаний являются: взрывы, ударные волны от сверхзвуковых самолетов, удары копров, акустические излучения реактивных двигателей, шум двигателей и технологического оборудования (например, мощных компрессоров, движущегося железнодорожного транспорта), вибрации зданий, шумы винтов кораблей, шумы в трубах, мощные колебания, излучаемые акустическими колонками, используемыми в настоящее время эстрадными и рок группами и т.п. Всякий громкий звук, даже в процессе речеобразования, сопровождается инфразвуковой энергией. Инфразвуковые колебания распространяются практически без затуханий на значительные расстояния, пронизывая любое препятствие, в том числе и тело человека.

Поэтому при нахождении человека в поле инфразвуковой волны, все органы его тела подвержены силовому воздействию таких колебаний, которые могут вызывать следующие явления:

  • при совпадении частоты инфразвуковой волны с собственной частотой колебаний органов или их частей, могут возникать резонансные явления, приводящие при малых интенсивностях волны к увеличению колебаний органов, а при больших интенсивностях — к дополнительному нагреву тканей (за счет диссипативных потерь при интенсивных колебаний),
  • при больших интенсивностях (более 100 дБ) явления интенсивных резонансных колебаний и нагрев тканей существуют одновременно и в зависимости от времени экспозиции (времени нахождения в поле волны) процесс нарастания температуры может быть резко выраженным;
  • воздействие инфразвука на человеческий мозг, частоты биотоков которых лежат в инфразвуковом диапазоне, может вызвать психотропные эффекты (эффекты управления сознанием), что характерно для дискотек, когда в поведении молодых людей могут наблюдаться симптомы близкие к эпилептическим.

Следует отметить, что в открытой печати воздействия инфразвуковых колебаний рассмотрены очень сжато, хотя исследования проводились в широком диапазоне инфразвуковых частот и рассматривали возможности инфразвуков вызывать психотропные явления в поведении людей.

Особенности воздействия звуковых колебаний на человеческий организм

Источниками звуковых колебаний (в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц) являются:

<ul»>

  • все источники инфразвуковых волн, гармоники колебаний которых попадают в область звуковых частот,
  • автомобильный и железнодорожный транспорт,  акустические излучатели, связанные с бытовой аппаратурой и пр.

С точки зрения распространения звуковых волн, следует отметить, что они практически без затухания пронизывают человеческое тело. Наиболее неприятные для организма человека являются уровни интенсивности  65-70 дБ, а при превышении уровня  130 дБ возникают болевые ощущения в слуховом тракте ( т.е. уровень 130 дБ является болевым порогом при восприятии человеком звуковых колебаний). Акустический шум является общебиологическим раздражителем, действующим на все системы организма человека и, главным образом, через слуховой аппарат на центральную нервную систему.

Акустический шум вызывает тугоухость (этот эффект наблюдается, например, у 15,8 % летчиков), вызывает сосудистые расстройства и заболевания нервной системы, которые в большей степени ограничивают работоспособность человека.

Функциональные изменения наблюдаются в таких системах и внутренних органах человека, которые, казалось бы, не имеют прямого отношения к органам слуха, например, в пищеварительной системе.

Сильный продолжительный акустический шум приводит к потере сил, регулирующих функции нервной системы, желудочно-кишечного тракта, желез внутренней секреции, газообмена, изменения в процессе отделения и в составе желудочного сока, которые в конечном счете отрицательно отражаются на здоровье.

Подтверждена прямая связь между возрастанием уровня шума в городах и сокращением средней продолжительности жизни горожан (в крупных городах порядка 8-10 лет).

Во Франции медики обнаружили, что на каждые 5 пациентов психиатрических больниц один лишился рассудка из-за высокого уровня шума, кроме того, если в сельских районах на 100 тысяч жителей приходилось лишь 20-30 глухих, то в Париже на то же число жителей – 120 глухих. Английскими медиками было показано, что каждая третья женщина и каждый четвертый мужчина страдают неврозами от акустического шума.

Следует отметить, что чувствительность уха человека падает с возрастом:
если у подростков острота слуха максимальная и сохраняется при нормальных условиях жизни до 30 лет (если не воздействовали высокие уровни шума), то с течением времени жизни чувствительность уха падает: до 40 лет на 20 дБ, а свыше 40 лет – резко —  порядка  40 дБ.

Особенно вредное влияние оказывают широкополосные акустические шумы создаваемые при скрежете, визге, свисте ( например, возникновение «гусиной кожи» у человека – как реакция на визгливые звуки дисковой пилы).

Было обнаружено, что под действием резких шумовых ударов, грохота различных механизмов изменяется скорость дыхания, при этом  человек быстро утомляется.

Помимо звукового диапазона большой вклад в акустический шум вносят излучения в области  ультразвуковых частот.

Особенности воздействия акустических полей в диапазоне интенсивностей от 70 до 120 дБ ( 10-5 — 10-1  мВт/см2)

Как показывают многочисленные эксперименты,  указанный диапазон интенсивностей при больших временах экспозиции (более одного часа) негативно влияет на функционирование человеческого организма: возникают головные боли, усталость, раздражительность, непонятные простому человеку неприятные ощущения и дискомфорт.

Не удивительно, поэтому все стандартные нормы безопасного воздействия акустических волн на людей находятся ниже 50-60 дБ, однако вызывает удивление достаточно высокие значения допустимых уровней в области низких и инфранизких частот, где ухо не слышит, но организм чутко реагирует на воздействие акустического поля.

Например: для жилых помещений  в течении ночи  — акустический шум на частоте 63 Гц – не должен превышать уровня в 55 дБ, а на частоте 1000 Гц — 25 дБ.