Задумывались ли вы когда-нибудь о том, что звук – это одно из самых ярких проявлений жизни, действия, движения? И еще о том, что у каждого звука есть свое «лицо»? И мы даже с закрытыми глазами, ничего не видя, лишь по звуку можем угадать, что происходит вокруг. Мы можем различать голоса знакомых, слышать шорох, грохот, лай, мяуканье и т. д. Все эти звуки нам хорошо знакомы с детских лет, и мы без труда можем определить любой из них. Мало того, даже в абсолютной тишине мы можем услышать внутренним слухом каждый из перечисленных звуков. Представить его себе словно наяву.

Что такое звук?

Звуки, воспринимаемые человеческим ухом, являются одним из важнейших источников информации об окружающем мире. Шум моря и ветра, пение птиц, голоса людей и крики животных, раскаты грома, звуки движущихся ухом, позволяют легче адаптироваться в изменяющихся внешних условиях.

Если, например, в горах упал камень, а рядом не было никого, кто мог бы слышать звук его падения, существовал звук или нет? На вопрос можно ответить и положительно и отрицательно в равной степени, так как слово "звук» имеет двоякое значение. Поэтому нужно условиться. Поэтому нужно условиться, что же считать звуком – физическое явление в виде распространения звуковых колебаний в воздухе или ощущения слушателя. Первое по существу является причиной, второе следствием, при этом первое понятие о звуке – объективное, второе – субъективное. В первом случае звук действительно представляет собой поток энергии, текущей подобно речному потоку. Такой звук может изменить среду, через которую он проходит, и сам изменяется ею. Во втором случае под звуком мы понимаем те ощущения, которые возникают у слушателя при воздействии звуковой волны через слуховой аппарат на мозг. Слыша звук, человек может испытывать различные чувства. Самые разнообразные эмоции вызывает у нас тот сложный комплекс звуков, который мы называем музыкой. Звуки составляют основу речи, которая служит главным средством общения в человеческом обществе. И, наконец, существует такая форма звука, как шум. Анализ звука с позиций субъективного восприятия более сложен, чем при объективной оценке.

Как создать звук?

Общим для всех звуков является то, что порождающие их тела, т. е. источники звука, колеблются (хотя чаще всего эти колебания незаметны для глаз). Например, звуки голосов людей и многих животных возникают в результате колебаний их голосовых связок, звучание духовых музыкальных инструментов, звук сирены, свист ветра, раскаты грома обусловлены колебаниями масс воздуха.

На примере линейки можно буквально глазами увидеть, как рождается звук. Какое движение совершает линейка, когда мы закрепим один конец, оттянем другой и отпустим его? Мы заметим, что он будто бы затрепетал, заколебался. Исходя из этого, делаем вывод, что звук создается коротким или долгим колебанием каких-то предметов.

Источником звука могут быть не только вибрирующие предметы. Свист пуль или снарядов в полете, завывание ветра, рев реактивного двигателя рождаются от разрывов в потоке воздуха, при которых также возникают его разрежения и сжатия.

Также звуковые колебательные движения можно заметить с помощью прибора – камертона. Он представляет собой изогнутый металлический стержень, на ножке укрепленный на резонаторном ящике. Если по камертону ударить молоточком, он зазвучит. Колебание ветвей камертона незаметны. Но их можно обнаружить, если к звучащему камертону поднести маленький, подвешенный на нити шарик. Шарик будет периодически отскакивать, что свидетельствует о колебаниях ветвей камерона.

В результате взаимодействия источника звука с окружающим воздухом частицы воздуха начинают сжиматься и расширяться в такт (или "почти в такт") с движениями источника звука. Затем, в силу свойств воздуха как текучей среды, происходит передача колебаний от одних частиц воздуха другим.

К объяснению распространения звуковых волн

В результате колебания передаются по воздуху на расстояние, т. е. в воздухе распространяется звуковая или акустическая волна, или, попросту, звук. Звук, достигая уха человека, в свою очередь, возбуждает колебания его чувствительных участков, которые воспринимаются нами в виде речи, музыки, шума и т. д. (в зависимости от свойств звука, продиктованных характером его источника).

Распространение звуковых волн

А можно ли увидеть, как «бежит» звук? В прозрачном воздухе или в воде колебания частичек сами по себе незаметны. Но легко найдется пример, который подскажет, что происходит при распространении звука.

Необходимое условие распространения звуковых волн - наличие материальной среды.

В вакууме звуковые волны не распространяются, так как там нет частиц, передающих взаимодействие от источника колебаний.

Поэтому на Луне из-за отсутствия атмосферы царит полная тишина. Даже падение метеорита на ее поверхность не слышно наблюдателю.

Скорость распространения звуковых волн определяется скоростью передачи взаимодействия между частицами.

Скорость звука - скорость распространения звуковых волн в среде. В газе скорость звука оказывается порядка (точнее – несколько меньше) тепловой скорости молекул и поэтому увеличивается с ростом температуры газа. Чем больше потенциальная энергия взаимодействия молекул вещества, тем больше скорость звука, поэтому скорость звука в жидкости, которая, в свою очередь, превышает скорость звука в газе. Например, в морской воде скорость звука 1513 м/с. В стали, где могут распространяться поперечные, так и продольные волны, скорость их распространения различна. Поперечные волны распространяются со скоростью 3300 м/с, а продольные со скоростью 6600 м/с.

Скорость звука в любой среде вычисляется по формуле:

где β - адиабатическая сжимаемость среды; ρ - плотность.

Законы распространения звуковых волн

К основным законам распространения звука относятся законы его отражения и преломления на границах различных сред, а также дифракция звука и его рассеяние при наличии препятствий и неоднородностей в среде и на границах раздела сред.

На дальность распространения звука оказывает влияние фактор поглощения звука, то есть необратимый переход энергии звуковой волны в другие виды энергии, в частности, в тепло. Важным фактором является также направленность излучения и скорость распространения звука, которая зависит от среды и её специфического состояния.

От источника звука акустические волны распространяются во все стороны. Если звуковая волна проходит через сравнительно небольшое отверстие, то она распространяется во все стороны, а не идёт направленным пучком. Например, уличные звуки, проникающие через открытую форточку в комнату, слышны во всех её точках, а не только против окна.

Характер распространения звуковых волн у препятствия зависит от соотношения между размерами препятствия и длиной волны. Если размеры препятствия малы по сравнению с длиной волны, то волна обтекает это препятствие, распространяясь во все стороны.

Звуковые волны, проникая из одной среды в другую, отклоняются от своего первоначального направления, то есть преломляются. Угол преломления может быть больше или меньше угла падения. Это зависит от того, из какой среды, в какую проникает звук. Если скорость звука во второй среде больше, то угол преломления будет больше угла падения, и наоборот.

Встречая на своём пути препятствие, звуковые волны отражаются от него по строго определённому правилу – угол отражения равен углу падения – с этим связано понятие эха. Если звук отражается от нескольких поверхностей, находящихся на разных расстояниях, возникает многократное эхо.

Звук распространяется в виде расходящейся сферической волны, которая заполняет всё больший объём. С увеличением расстояния, колебания частиц среды ослабевают, и звук рассеивается. Известно, что для увеличения дальности передачи звук необходимо концентрировать в заданном направлении. Когда мы хотим, например, чтобы нас услышали, мы прикладываем ладони ко рту или пользуемся рупором.

Большое влияние на дальность распространения звука оказывает дифракция, то есть искривление звуковых лучей. Чем разнороднее среда, тем больше искривляется звуковой луч и, соответственно, тем меньше дальность распространения звука.

Свойства звука и его характеристики

Основные физические характеристики звука – частота и интенсивность колебаний. Они и влияют на слуховое восприятие людей.

Периодом колебания называется время, в течение которого совершается одно полное колебание. Можно привести в пример качающийся маятник, когда он из крайнего левого положения перемещается в крайнее правое и возвращается обратно в исходное положение.

Частота колебаний – это число полных колебаний (периодов) за одну секунду. Эту единицу называют герцем (Гц). Чем больше частота колебаний, тем более высокий звук мы слышим, то есть звук имеет более высокий тон. В соответствии с принятой международной системой единиц, 1000 Гц называется килогерцем (кГц), а 1. 000. 000 – мегагерцем (МГц).

Распределение по частотам: слышимые звуки – в пределах 15Гц-20кГц, инфразвуки – ниже 15Гц; ультразвуки – в пределах 1,5(104 – 109 Гц; гиперзвуке - в пределах 109 – 1013Гц.

Ухо человека наиболее чувствительно к звукам с частотой от 2000 до 5000 кГц. Наибольшая острота слуха наблюдается в возраст 15-20 лет. С возрастом слух ухудшается.

С периодом и частотой колебаний связано понятие о длине волны. Длиной звуковой волны называется расстояние между двумя последовательными сгущениями или разрежениями среды. На примере волн, распространяющихся на поверхности воды, - это расстояние между двумя гребнями.

Звуки различаются также по тембру. Основной тон звука сопровождается второстепенными тонами, которые всегда выше по частоте(обертона). Тембр – это качественная характеристика звука. Чем больше обертонов накладывается на основной тон, тем «сочнее» звук в музыкальном отношении.

Вторая основная характеристика – амплитуда колебаний. Это наибольшее отклонение от положения равновесия при гармонических колебаниях. На примере с маятником – максимальное отклонение его в крайнее левое положение, либо в крайнее правое положение. Амплитуда колебаний определяет интенсивность (силу) звука.

Сила звука, или его интенсивность, определяется количеством акустической энергии, протекающей за одну секунду через площадь в один квадратный сантиметр. Следовательно, интенсивность акустических волн зависит от величины акустического давления, создаваемого источником в среде.

С интенсивностью звука в свою очередь связана громкость. Чем больше интенсивность звука, тем он громче. Однако эти понятия не равнозначны. Громкость – это мера силы слухового ощущения, вызываемого звуком. Звук одинаковой интенсивности может создавать у различных людей неодинаковое по своей громкости слуховое восприятие. Каждый человек обладает своим порогом слышимости.

Звуки очень большой интенсивности человек перестаёт слышать и воспринимает их как ощущение давления и даже боли. Такую силу звука называют порогом болевого ощущения.

Воздействие звука на органы слуха человека

Органы слуха человека способны воспринимать колебания с частотой от 15-20 герц до 16-20 тысяч герц. Механические колебания с указанными частотами называются звуковыми или акустическими(акустика – учение о звуке) Человеческое ухо наиболее чувствительно к звукам с частотой от 1000 до 3000 Гц. Наибольшая острота слуха наблюдается в возрасте 15-20 лет. С возрастом слух ухудшается. У человека до 40 лет наибольшая чувствительность находится в области 3000 Гц, от 40 до 60 лет- 2000 Гц, старше 60 лет- 1000 Гц. В пределах до 500 Гц мы способны различить понижение или повышение частоты даже 1 Гц. На более высоких частотах наш слуховой аппарат становится менее восприимчивым к такому незначительному изменению частоты. Так, после 2000 Гц мы можем отличить один звук от другого только, когда разница в частоте будет не менее 5 Гц. При меньшей разнице звуки нам будут казаться одинаковыми. Однако правил без исключения почти не бывает. Есть люди, обладающие необычайно тонким слухом. Одаренный музыкант может уловить изменение звука всего на какую-то долю колебаний.

Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода, соединяющих её с барабанной перепонкой. Основная функция наружного уха – определение направления на источник звука. Слуховой проход, представляющий сужающуюся внутрь трубку длиной в два сантиметра, предохраняет внутренние части уха и играет роль резонатора. Слуховой проход заканчивается барабанной перепонкой – мембраной, которая колеблется под действием звуковых волн. Именно здесь, на внешней границе среднего уха, и происходит преобразование объективного звука в субъективный. За барабанной перепонкой расположены три маленьких соединённых между собой косточки: молоточек, наковальня и стремя, с помощью которых колебания передаются внутреннему уху.

Там, в слуховом нерве, они преобразуются в электрические сигналы. Малая полость, где находится молоточек, наковальня и стремя, наполнена воздухом и соединена с полостью рта евстахиевой трубой. Благодаря последней поддерживается одинаковое давление на внутреннюю и внешнюю сторону барабанной перепонки. Обычно евстахиева труба закрыта, а открывается лишь при внезапном изменении давления(при зевании, глотании) для выравнивания его. Если у человека евстахиева труба закрыта, например, в связи с простудным заболеванием, то давление не выравнивается, и человек ощущает боль в ушах. Далее колебания передаются от барабанной перепонки к овальному окну, которое является началом внутреннего уха. Сила, действующая на барабанную перепонку, равна произведению давления на площадь барабанной перепонки. Но настоящие таинства слуха начинаются с овального окна. Звуковые волны распространяются в жидкости (перилимфе), которой наполнена улитка. Этот орган внутреннего уха, по форме напоминающий улитку, имеет длину три сантиметра и по всей длине разделён перегородкой на две части. Звуковые волны доходят до перегородки, огибают её и далее распространяются по направлению почти к тому же месту, где они впервые коснулись перегородки, но уже с другой стороны. Перегородка улитки состоит из основной мембраны, очень толстой и тугой. Звуковые колебания создают на её поверхности волнообразную рябь, при этом гребни для разной частоты лежат в совершенно определённых участках мембраны. Механические колебания преобразуются в электрические в специальном органе (органе Корти), размещённом над верхней частью основной мембраны. Над органом Корти расположена текториальная мембрана. Оба эти органа погружены в жидкость – эндолимфу и отделены от остальной части улитки мембраной Рейснера. Волоски, растущие из органа, Корти почти пронизывают текториальную мембрану, и при возникновении звука они соприкасаются – происходит преобразование звука, теперь он закодирован в виде электрических сигналов. Заметную роль в усилении нашей способности к восприятию звуков играет кожный покров и кости черепа, что обусловлено их хорошей проводимостью. Например, если приложить ухо к рельсу, то движение приближающегося поезда можно обнаружить задолго до его появления.

Влияние звука на организм человека

В течение последних десятилетий резко возросло количество разного рода машин и других источников шума, распространение портативных радиоприемников и магнитофонов, нередко включаемых на большую громкость, увлечение громкой популярной музыкой. Отмечено, что в городах каждые 5-10 лет уровень шума возрастает на 5 дБ (децибел). Следует учитывать, что для отдаленных предков человека шум представлял собой сигнал тревоги, указывал на возможность опасности. При этом быстро активизировалась симпатико-адреналовая и сердечнососудистая системы, газообмен и менялись и другие виды обмена (повышался в крови уровень сахара, холестерина), готовя организм к борьбе или бегству. Хотя у современного человека эта функция слуха потеряла такое практическое значение, "вегетативные реакции борьбы за существование" сохранились. Так, даже кратковременный шум в 60-90 дБ вызывает увеличение секреции гормонов гипофиза, стимулирующих выработку многих других гормонов, в частности, катехоламинов (адреналина и норадреналина), усиливается работа сердца, суживаются сосуды, повышается артериальное давление (АД). При этом отмечено, что наиболее выраженное повышение АД отмечается у больных гипертонией и лиц с наследственной предрасположенностью к ней. Под воздействием шума нарушается деятельность мозга: меняется характер электроэнцефалограммы, снижается острота восприятия, умственная работоспособность. Отмечено ухудшение пищеварения. Известно, что длительное пребывание в шумной обстановке ведет к снижению слуха. В зависимости от индивидуальной чувствительности люди по-разному оценивают шум как неприятный и мешающий им. При этом интересующая слушателя музыка и речь даже в 40-80 дБ могут переноситься относительно легко. Обычно слух воспринимает колебания в пределах 16-20000 Гц (колебаний в секунду). Важно подчеркнуть, что неприятные последствия вызывает не только чрезмерный шум в слышимом диапазоне колебаний: ультра- и инфразвук в не воспринимаемых слухом человека диапазонах (выше 20 тыс. Гц и ниже 16Гц) также вызывает нервное перенапряжение, недомогание, головокружение, изменение деятельности внутренних органов, особенно нервной и сердечнососудистой систем. Установлено, что у жителей районов, расположенных рядом с крупными международными аэропортами, заболеваемость гипертонией отчетливо выше, чем в более тихом районе того же города. От чрезмерного шума (выше 80 дБ) страдают не только органы слуха, но и другие органы и системы (кровеносная, пищеварительная, нервная и т. д.), нарушаются процессы жизнедеятельности, энергетический обмен начинает преобладать над пластическим, что приводит к преждевременному старению организма.

При этих наблюдениях-открытиях начали появляться методы целенаправленного воздействия на человека. Воздействовать на ум и поведение человека можно различными путями, один из которых требует специальной аппаратуры (технотронные приемы, зомбирование.).

Звукоизоляция

Степень шумозащищенности зданий в первую очередь определяется нормами допустимого шума для помещений данного назначения. Нормируемыми параметрами постоянного шума в расчетных точках являются уровни звукового давления L, дБ, октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Гц. Для ориентировочных расчетов допускается использовать уровни звука LА, дБА. Нормируемыми параметрами непостоянного шума в расчетных точках являются эквивалентные уровни звука LА экв, дБА, и максимальные уровни звука LА макс, дБА.

Допустимые уровни звукового давления (эквивалентные уровни звукового давления) нормируются СНиП II-12-77 "Защита от шума".

Следует учитывать, что допустимые уровни шума от внешних источников в помещениях устанавливаются при условии обеспечения нормативной вентиляции помещений (для жилых помещений, палат, классов - при открытых форточках, фрамугах, узких створках окон).

Изоляцией от воздушного шума называется ослабление звуковой энергии при передаче ее через ограждение.

Нормируемыми параметрами звукоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, а также вспомогательных зданий и помещений промышленных предприятий являются индекс изоляции воздушного шума ограждающей конструкции Rw, дБ и индекс приведенного уровня ударного шума под перекрытием.

Шум. Музыка. Речь.

С точки зрения восприятия органами слуха звуков, их можно разделить в основном на три категории: шум, музыка и речь. Это разные области звуковых явлений, обладающие специфической для человека информацией.

Шум – это бессистемное сочетание большого количества звуков, то есть слияние всех этих звуков в один нестройный голос. Считается, что шум – это категория звуков, которая мешает человеку или раздражает.

Люди выдерживают лишь определённую дозу шума. Но если проходит час – другой, и шум не прекращается, то появляется напряжение, нервозность и даже боль.

Звуком можно убить человека. В средние века существовала даже такая казнь, когда человека сажали под колокол и начинали в него бить. Постепенно колокольный звон убивал человека. Но это было в средние века. В наше время появились сверхзвуковые самолёты. Если такой самолёт пролетит над городом на высоте 1000-1500 метров, то в домах лопнут стёкла.

Музыка – это особое явление в мире звуков, но, в отличие от речи, она не передаёт точных смысловых или лингвистических значений. Эмоциональное насыщение и приятные музыкальные ассоциации начинаются в раннем детстве, когда у ребёнка ещё словесного общения. Ритмы и напевы связывают его с матерью, а пение и танцы являются элементом общения в играх. Роль музыки в жизни человека настолько велика, что в последние годы медицина приписывает ей целебные свойства. С помощью музыки можно нормализовать биоритмы, обеспечить оптимальный уровень деятельности сердечнососудистой системы. А ведь стоит лишь вспомнить, как солдаты идут в бой. Испокон веков песня была непременным атрибутом солдатского марша.

Инфразвук и ультразвук

Можно ли назвать звуком то, что мы совсем не слышим? Ну и что, если не слышим мы? Разве эти звуки недоступны больше никому или ничему?

Скажем, звуки с частотой ниже 16 герц называют инфразвуком.

Инфразвук – упругие колебания и волны с частотами, лежащими ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвукового диапазона принимают 15-4- Гц; такое определение условно, поскольку при достаточной интенсивности слуховое восприятие возникает и на частотах в единицы Гц, хотя при этом исчезает тональный характер ощущения, и делаются различимыми лишь отдельные циклы колебаний. Нижняя частотная граница инфразвука неопределённа. В настоящее время область его изучения простирается вниз примерно до 0,001 Гц. Таким образом, диапазон инфразвуковых частот охватывает около 15-ти октав.

Инфразвуковые волны распространяются в воздушной и водной среде, а также в земной коре. К инфразвукам относятся также низкочастотные колебания крупногабаритных конструкций, в частности транспортных средств, зданий.

И хотя наши уши такие колебания не «улавливают», но каким-то образом человек все-таки их воспринимает. При этом у нас возникают неприятные, а порой тревожные ощущения.

Давно было замечено, что некоторые животные намного раньше человека испытывают чувство опасности. Они заранее реагируют на далекий ураган или надвигающееся землетрясение. С другой стороны, ученые обнаружили, что при катастрофических событиях в природе возникает инфразвук – низкочастотные колебания воздуха. Это и породило гипотез о том, что животные благодаря острому чутью воспринимают такие сигналы раньше, чем человек.

К сожалению, инфразвук создается многими машинами и промышленными установками. Если, скажем, он возникает в автомобиле или самолете, то через какое-то время летчиков или водителей охватывает беспокойство, они быстрее утомляются, а это может быть причиной аварии.

Шумят в инфразвуковом станков, и тогда тяжелее работать на их. А и всем, кто вокруг, придется несладко. Ничуть не лучше, если «гудит» инфразвуком вентиляции в жилом доме. Вроде бы не слышно, а люди раздражаются и даже могут заболеть. Избавиться от инфразвуковых невзгод позволяет специальный «тест», который должно пройти любое устройство. Если оно «фонит» в зоне инфразвука, то пропуска к людям не получит.

А как называется очень высокий звук? Такой вот писк, который для нашего уха недоступен? Это – ультразвук. Ультразвук – упругие волны с частотами приблизительно от (1,5 – 2)(104Гц (15 – 20 кГц) до 109 Гц(1ГГц); область частотных волн от 109 до 1012 – 1013 Гц принято называть гиперзвуком. По частоте ультразвук удобно подразделять на 3 диапазона: ультразвук низких частот(1,5(104 – 105Гц), ультразвук средних частот(105 – 107Гц), область высоких частот ультразвука(107 – 109Гц). Каждый из этих диапазонов характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приёма, распространения и применения.

По физической природе ультразвук представляет собой упругие волны, и в этом он не отличается от звука, поэтому частотная граница между звуковыми и ультразвуковыми волнами условна. Однако благодаря более высоким частотам и, следовательно, малым длинам волн, имеет место ряд особенностей распространения ультразвука.

Ввиду малой длины волны ультразвука, характер его определяется, прежде всего, молекулярной структурой среды. Ультразвук в газе, и в частности в воздухе, распространяется с большим затуханием. Жидкости и твёрдые тела представляют собой, как правило, хорошие проводники ультразвука, - затухание в них значительно меньше.

Человеческое ухо не способно воспринимать ультразвуковые волы. Однако многие животные свободно его воспринимают. Это, в том числе, так хорошо знакомые нам собаки. Но «лаять» ультразвуком собаки, увы, не могут. А вот летучие мыши и дельфины обладают удивительной способностью и испускать и принимать ультразвук.

Гиперзвук – это упругие волны с частотами от 109 до 1012 – 1013 Гц. По физической природе гиперзвук ничем не отличается от звуковых и ультразвуковых волн. Благодаря более высоким частотам и, следовательно, меньшей, чем в области ультразвука, длинам волн значительно более существенными становятся взаимодействия гиперзвука с квазичастицами в среде – с электронами проводимости, тепловыми фононами и др. Гиперзвук также часто представляют как поток квазичастиц – фононов.

Область частот гиперзвука соответствует частотам электромагнитных колебаний дециметрового, сантиметрового и миллиметрового диапазонов (так называемые сверхвысокие частоты). Частота 109 Гц в воздухе при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре должна быть одного порядка с длиной свободного пробега молекул в воздухе при этих же условиях. Однако упругие волны могут распространяться в среде только при условии, что их длина волны заметно больше длины свободного пробега частиц в газах или больше межатомных расстояний в жидкостях и твёрдых телах. Поэтому в газах (в частности в воздухе) при нормальном атмосферном давлении гиперзвуковые волны распространяться не могут. В жидкостях затухание гиперзвука очень велико и дальность распространения мала. Сравнительно хорошо гиперзвук распространяется в твёрдых телах – монокристаллах, особенно при низкой температуре. Но даже в таких условиях гиперзвук способен пройти расстояние лишь в 1, максимум 15 сантиметров.

Звук-это распространяющиеся в упругих средах - газах, жидкостях и твердых телах механические колебания, воспринимаемые органами слуха.

С помощью специальных приборов можно увидеть распространение звуковых волн.

Звуковые волны могут вредить здоровью человека и наоборот, помогать лечится от недугов, это зависит от вида звука.

Оказывается, существуют звуки, которые не воспринимаются человеческим ухом.

Список литературы

Перышкин А. В. , Гутник Е. М. Физика 9 класс

Касьянов В. А. Физика 10 класс

Леонов А. А «Я познаю мир» Дет. энциклопедия. Физика

Глава 2. Акустический шум и его воздействие на человека

Цель: Исследовать воздействие акустического шума на организм человека.

Введение

Окружающий нас мир – это прекрасный мир звуков. Вокруг нас звучат голоса людей и животных, музыка и шум ветра, пение птиц. Люди передают информацию с помощью речи, а с помощью слуха её воспринимают. Для животных звук имеет не меньшее значение, а в чём-то и большее ведь слух у них развит острее.

С точки зрения физики, звук – это механические колебания, которые распространяются в упругой среде: воде, воздухе, твердом теле и т. п. Способность человека воспринимать звуковые колебания, слушать их, отразились в названии учения о звуке – акустике (от греческого akustikos – слышимый, слуховой). Ощущение звука в наших органах слуха возникает при периодических изменениях давления воздуха. Звуковые волны с большой амплитудой изменения звукового давления воспринимаются человеческим ухом как громкие звуки, с малой амплитудой изменения звукового давления – как тихие звуки. Громкость звука зависит от амплитуды колебаний. Громкость звука также зависит от его длительности и от индивидуальных особенностей слушателя.

Звуковые колебания высокой частоты называются звуками высокого тона, звуковые колебания низкой частоты называются звуками низкого тона.

Органы слуха человека способны воспринимать звуки с частотой в пределах примерно от 20 Гц до 20 000 Гц. Продольные волны в среде с частотой изменения давления менее 20 Гц называют инфразвуком, с частотой более 20 000 Гц – ультразвуком. Инфразвук и ультразвук человеческое ухо не воспринимает, т. е. не слышит. Следует отметить, что указанные границы звукового диапазона условны, так как зависят от возраста людей и индивидуальных особенностей их звукового аппарата. Обычно с возрастом верхняя частотная граница воспринимаемых звуков значительно понижается – некоторые пожилые люди могут слышать звуки с частотами, не превышающими 6 000 Гц. Дети же, наоборот, могут воспринимать звуки, частота которых несколько больше 20 000 Гц.

Колебания, частоты которых больше 20 000 Гц или меньше 20 Гц, слышат некоторые животные.

Предметом изучения физиологической акустики и является сам орган слуха, его устройство и действие. Архитектурная акустика изучает распространение звука в помещениях, влияние размеров и форм на звук, свойства материалов, которыми покрыты стены и потолки. При этом имеется в виду слуховое восприятие звука.

Есть также музыкальная акустика, которая исследует музыкальные инструменты и условия для их наилучшего звучания. Физическая акустика занимается изучением самих звуковых колебаний, а за последнее время охватила и колебания, лежащие за пределами слышимости (ультраакустика). Она широко использует разнообразные методы для превращения механических колебаний в электрические и наоборот (электроакустика).

Историческая справка

Звуки начали изучать ещё в древности, т. к. человеку свойственен интерес ко всему новому. Первые наблюдения по акустике были проведены в VI веке до нашей эры. Пифагор установил связь между высотой тона и длинной струны или трубы издающей звук.

В IV веке до нашей эры Аристотель первый правильно представил, как распространяется звук в воздухе. Он сказал, что звучащее тело вызывает сжатие и разрежение воздуха, эхо объяснил отражением звука от препятствий.

В XV веке Леонардо да Винчи сформулировал принцип независимости звуковых волн от различных источников.

В 1660 году в опытах Роберта Бойля было доказано, что воздух является проводником звука (в вакууме звук не распространяется).

В 1700-1707 гг. вышли мемуары Жозефа Савёра по акустике, опубликованные Парижской академией наук. В этих мемуарах Савёр рассматривает явление, хорошо известное конструкторам органов: если две трубы органа издают одновременно два звука, лишь немного отличающихся по высоте, то слышны периодические усиления звука, подобные барабанной дроби. Савёр объяснил это явление периодическим совпадением колебаний обоих звуков. Если, например, один из двух звуков соответствует 32 колебаниям в секунду, а другой – 40 колебаниям, то конец четвёртого колебания первого звука совпадает с концом пятого колебания второго звука и, таким образом происходит усиление звука. От органных труб Савёр перешёл к экспериментальному исследованию колебаний струны, наблюдая узлы и пучности колебаний (эти названия, существующие и до сих пор в науке, введены им), а также заметил, что при возбуждении струны наряду с основной нотой звучат и другие ноты, длина волны которых составляет ½, 1/3, ¼,. от основной. Он назвал эти ноты высшими гармоническими тонами, и этому названию суждено было остаться в науке. Наконец, Савёр первый пытался определить границу восприятия колебаний как звуков: для низких звуков он указал границу в 25 колебаний в секунду, а для высоких – 12 800. За тем, Ньютон, основываясь на этих экспериментальных работах Савёра, дал первый расчёт длины волны звука и пришёл к выводу, хорошо известному сейчас в физике, что для любой открытой трубы длина волны испускаемого звука равна удвоенной длине трубы.

Источники звука и их природа

Общим для всех звуков является то, что порождающие их тела, т. е. источники звука, колеблются. Всем знакомы звуки, возникающие при движении натянутой на барабан кожи, волн морского прибоя, раскачиваемых ветром ветвей. Все они отличаются друг от друга. «Окраска» каждого отдельного звука строго зависит от движения, благодаря которому он возникает. Так если колебательное движение проходит чрезвычайно быстро, звук содержит колебания высокой частоты. Менее быстрое колебательное движение создаёт звук более низкой частоты. Различные опыты свидетельствуют о том, что любой источник звука обязательно колеблется (хотя чаще всего эти колебания не заметны для глаза). Например, звуки голосов людей и многих животных возникают в результате колебаний их голосовых связок, звучание духовых музыкальных инструментов, звук сирены, свист ветра, раскаты грома обусловлены колебаниями масс воздуха.

Но далеко не всякое колеблющееся тело является источником звука. Например, не издаёт звука колеблющийся грузик, подвешенный на нити или пружине.

Частота, с которой повторяются колебания, измеряется в герцах (или циклах в секунду); 1Гц есть частота такого периодического колебания, период равен 1с. Заметьте, именно частота является тем свойством, которое позволяет нам отличать один звук от другого.

Исследования показали, что человеческое ухо способно воспринимать как звук механические колебания тел, происходящие с частотой от 20 Гц до 20 000 Гц. При очень быстрых, более 20 000Гц или очень медленных, менее 20 Гц, колебаниях звука мы не слышим. Именно поэтому для регистрации звуков, лежащих вне предела частот, воспринимаемых человеческим ухом, нам необходимы специальные приборы.

Если быстрота колебательного движения определяет частоту звука, то его величина (размер помещения) – громкость. Если такое колесо вращать с большой скоростью, возникнет высокочастотный тон, более медленное вращение породит тон меньшей частоты. Причём чем мельче зубья колеса (как это показано пунктиром), тем слабее звук, и чем крупнее зубья, то есть чем сильнее они заставляют отклоняться пластинку, тем звук громче. Таким образом, мы можем отметить ещё одну характеристику звука – его громкость (интенсивность).

Нельзя не упомянуть и о таком свойстве звука, как качество. Качество теснейшим образом связано со структурой, которая может измениться от чрезмерно сложной до чрезвычайно простой. Тон камертона, поддерживаемый резонатором, имеет очень простую структуру, так как содержит только одну частоту, величина которой зависит, исключительно от конструкции камертона. При этом звук камертона может быть как сильным, так и слабым.

Можно создать сложные звуки, так, например, множество частот содержит звук органного аккорда. Даже звук мандолинной струны достаточно сложен. Это связано с тем, что натянутая струна колеблется не только с основной (как камертон), но и с другими частотами. Они генерируют дополнительные тоны (гармоники), частоты которых в целое число, раз превосходят частоту основного тона.

Понятие частоты неправомерно применять по отношению к шуму, хотя о некоторых областях его частот мы можем говорить, поскольку именно они и отличают один шум от другого. Спектр шума уже нельзя представить одной или несколькими линиями, как в случаях монохроматического сигнала или периодической волны, содержащей много гармоник. Он изображается целой полосой

Частотная структура некоторых звуков, особенно музыкальных, такова, что все обертоны являются гармоническими по отношению к основному тону; в таких случаях говорят, что звуки обладают высотой (определяемой частотой основного тона). Большинство же звуков не столь мелодично, в них нет свойственного музыкальным звукам целочисленного соотношения между частотами. Эти звуки по своей структуре подобны шуму. Следовательно, обобщая сказанное, мы можем утверждать, что звук характеризуется громкостью, качеством и высотой.

Что же происходит со звуком после его возникновения? Как доходит, к примеру, до нашего уха? Как он распространяется?

Мы воспринимаем звук с помощью уха. Между звучащим телом (источником звука) и ухом (приёмником звука) находится вещество, передающее звуковые колебания от источника звука к приёмнику. Чаще всего таким веществом оказывается воздух. В безвоздушном пространстве звук распространяться, не может. Как волны не могут существовать без воды. Опыты подтверждают такое заключение. Рассмотрим один из них. Под колокол воздушного насоса помещают звонок и включают его. Затем начинают откачивать воздух насосом. По мере разрежения воздуха звук становится слышен всё слабее и слабее и, наконец, почти совсем исчезает. Когда же воздух снова начинаю впускать под колокол, то звук звонка опять становится слышимым.

Конечно, звук распространяется не только в воздухе, но и в других телах. Это также можно проверить на опыте. Даже такой слабый звук, как тиканье карманных часов, лежащих на одном конце стола, можно отчётливо услышать, приложив ухо к другому концу стола.

Хорошо известно, что по земле и, особенно по железнодорожным рельсам звук передаётся на большие расстояния. Прикладывая ухо к рельсу или к земле, можно услышать звук далеко идущего поезда или топот скачущей лошади.

Если мы, находясь под водой, ударим камень о камень, то ясно услышим звук удара. Следовательно, звук распространяется и в воде. Рыбы слышат шаги, и голоса людей на берегу, это хорошо известно рыболовам.

Опыты показывают, что различные твёрдые тела проводят звук по-разному. Упругие тела – хорошие проводники звука. Большинство металлов, дерево, газы, а также жидкости являются упругими телами и поэтому хорошо проводят звук.

Мягкие и пористые тела – плохие проводники звука. Когда, например часы лежат в кармане, они окружены мягкой тканью, и мы не слышим их тиканья.

Кстати, с распространением звука в твёрдых телах связан тот факт, что эксперимент со звонком, помещённым под колпак, долгое время казался не очень убедительным. Дело в том, что экспериментаторы недостаточно хорошо изолировали звонок, и звук был слышен, даже когда под колпаком не было воздуха, поскольку колебания передавались через всевозможные соединения установки.

В 1650 году Атанасиус Кирх’ер и Отто Гюкке на основании эксперимента со звонком заключили, что для распространения звука воздушная среда не нужна. И лишь десять лет спустя Роберт Бойль убедительно доказал обратное. Звук в воздухе, например, передаётся продольными волнами, т. е. чередующимися сгущениями и разрежениями воздуха, идущими от источника звука. Но поскольку окружающее нас пространство в отличии от двухмерной поверхности воды трёхмерно, то и звуковые волны распространяются не в двух, а в трёх направлениях – в виде расходящихся сфер.

Звуковые волны, как и любые другие механические волны, распространяются в пространстве не мгновенно, а с определённой скоростью. Простейшие наблюдения позволяют убедиться в этом. Например, во время грозы мы сперва видим молнию и лишь через некоторое время спустя слышим гром, хотя колебания воздуха, воспринимаемые нами как звук, возникают одновременно со вспышкой молнии. Дело в том, что скорость света очень велика(300 000 км/с), поэтому можно считать, что мы видим вспышку в момент её возникновения. А звук грома, образовавшегося одновременно с молнией, требуется вполне ощутимое для нас время, чтобы пройти расстояние от места его возникновения до наблюдателя стоящего на земле. Например, если мы услышим раскаты грома более чем через 5 секунд после того, как увидели молнию, то можем заключить, что гроза находится от нас на расстоянии не менее 1,5 км. Скорость звука зависит от свойств среды, в которой распространяется звук. Учёными разработаны различные способы определения скорости звука в любых средах.

Скорость звука и его частота определяют длину волны. Наблюдая за волнами в пруду, мы замечаем, что расходящиеся круги иногда бывают меньше, а иногда больше, иными словами, расстояние между гребнями волны или впадинами волн могут быть различными в зависимости от размеров объекта, благодаря которому они возникли. Держа руку достаточно низко над поверхностью воды, мы можем ощущать каждый проходящий мимо нас всплеск. Чем больше расстояние между следующими друг за другом волнами, тем реже их гребни будут касаться наших пальцев. Такой несложный опыт позволяет нам сделать вывод, что в случае волн на водной поверхности для данной скорости распространения волн большей частоте соответствует меньшее расстояние между гребнями волн, то есть более короткие волны, и, наоборот, меньшей частоте – более длинные волны.

То же самое справедливо и для звуковых волн. О том, что через некоторую точку пространства проходит звуковая волна, можно судить по изменению давления в данной точке. Это изменение полностью повторяет колебание мембраны источника звука. Человек слышит звук, потому что звуковая волна оказывает переменное давление на барабанную перепонку его уха. Как только гребень звуковой волны (или область высокого давления) достигает нашего уха. Мы ощущаем давление. Если области повышенного давления звуковой волны следуют друг за другом достаточно быстро, то и барабанная перепонка нашего уха колеблется быстро. Если же гребни звуковой волны значительно отстают друг от друга, то и барабанная перепонка будет колебаться гораздо медленнее.

Скорость звука в воздухе является на удивление постоянной величиной. Мы уже видели, что частота звука непосредственно связана с расстоянием между гребнями звуковой волны, то есть между частотой звука и длиной волны существует определенное соотношение. Мы можем выразить это соотношение следующим образом: длина волны равна скорости, деленной на частоту. Можно сказать и по-другому: длина волны обратно пропорциональна частоте с коэффициентом пропорциональности, равным скорости звука.

Как же звук становится слышимым? Когда звуковые волны поступают в слуховой проход, они вызывают вибрацию барабанной перепонки, среднего и внутреннего уха. Попадая в заполняющую улитку жидкость, воздушные волны воздействуют на волосковые клетки внутри кортиева органа. Слуховой нерв передаёт эти импульсы в мозг, где они превращаются в звуки.

Измерение шума

Шум – это неприятный или нежелательный звук, либо совокупность звуков, мешающих восприятию полезных сигналов, нарушающих тишину, оказыва- ющих вредное или раздражающее действие на организм человека, снижающих его ра- ботоспоспособность.

В шумных районах у многих людей появляются симптомы шумовой болезни: повышенная нервная возбудимость, быстрая утомляемость, повышенное артериальное давление.

Уровень шума измеряется в единицах,

Выражающих степень звуков давления, - децибелах. Это давление воспринимается не беспредельно. Уровень шума в 20-30 дБ практически безвреден для человека - это естественный шумовой фон. Что же касается громких звуков, то здесь допустимая граница составляет примерно 80 дБ. Звук в 130 дБ уже вызывает у человека болевое ощущение, а 150 становится для него непереносимым.

Акустический шум-беспорядочные звуковые колебания разной физической природы, характеризующиеся случайным изменением амплитуды, частоты.

При распространении звуковой волны, состоящей из сгущений и разрежений воздуха, давление на барабанную перепонку меняется. Единицей измерения давления является 1 Н/м2, а единицей мощности звука - 1 Вт/м2.

Порогом слышимости называют минимальную громкость звука, которую человек воспринимает. У разных людей он различен, и поэтому условно за порог слышимости принято считать звуковое давление, равное 2x10"5 Н/м2 при 1000 Гц, соответствующее мощности 10"12 Вт/м2. Именно с этими величинами сравнивают измеряемый звук.

Например, мощность звука моторов при взлете реактивного самолета равна 10 Вт/м2, то есть превышает пороговую в 1013 раз. Оперировать такими большими числами неудобно. О звуках различной громкости говорят, что один громче другого не во столько-то раз, а на столько-то единиц. Единица громкости называется Белом - по имени изобретателя телефона А. Бела (1847-1922). Громкость же измеряют в децибелах: 1 дБ = 0,1 Б (Бел). Наглядное представление о том, как связаны между собой интенсивность звука, звуковое давление и уровень громкости.

Восприятие звука зависит не только от его количественных характеристик (давление и мощность), но и от его качества - частоты.

Один и тот же по силе звук на разных частотах отличается по громкости.

Некоторые люди не слышат звуков высокой частоты. Так, у пожилых людей верхняя граница восприятия звука понижается до 6000 Гц. Они не слышат, например, писка комара и трелей сверчка, которые издают звуки с частотой около 20 000 Гц.

Известный английский физик Д. Тиндаль так описывает одну из своих прогулок с товарищем: «Луга по обеим сторонам дороги кишели насекомыми, которые для моего слуха наполняли воздух своим резким жужжанием, но мой друг ничего этого не слышал - музыка насекомых летала вне границ его слуха»!

Уровни шума

Громкость – уровень энергии в звуке - измеряется в децибелах. Шепот приравнивается приблизительно к 15 дБ, шелест голосов в студенческой аудитории достигает примерно 50 дБ, а уличный шум при интенсивном дорожном движении - около 90 дБ. Шумы выше 100 дБ могут быть невыносимы для уха человека. Шумы порядка 140 дБ (например, звук взлетающего реактивного самолета) могут оказаться болезненными для уха и повредить барабанную перепонку.

У большинства людей острота слуха с возрастом притупляется. Это объясняется тем, что ушные косточки утрачивают свою изначальную подвижность, в связи, с чем колебания не передаются во внутреннее ухо. Кроме того, инфекции органов слуха могут повреждать барабанную перепонку и негативно отражаться на работе косточек. При возникновении каких-либо проблем со слухом необходимо незамедлительно обратиться к врачу. Причиной некоторых видов глухоты является повреждение внутреннего уха или слухового нерва. Ухудшение слуха может быть также вызвано постоянным шумовым воздействием (например, в заводском цеху) или резкими и очень громкими звуковыми всплесками. Необходимо очень осторожно пользоваться персональными стереоплейерами, поскольку чрезмерная громкость звучания также может привести к глухоте.

Допустимый шум в помещениях

В отношении уровня шума стоит отметить, что такое понятие не является эфемерным и неурегулированным с точки зрения законодательства. Так, в Украине по сей день действуют принятые еще во времена СССР Санитарные нормы допустимого шума в помещениях жилых и общественных зданий и на территории жилой застройки. Согласно указанному документу, в жилых помещениях должно быть обеспечено соблюдение уровня шума, не превышающего 40 дБ днем и 30 дБ ночью (с 22:00 до 8:00).

Нередко шум несет важную информацию. Авто- или мотогонщик внимательно прислушивается к звукам, которые издают мотор, шасси и другие части движущегося аппарата, ведь любой посторонний шум может быть предвестником аварии. Шум играет существенную роль в акустике, оптике, вычислительной технике, медицине.

Что же такое шум? Под ним понимают беспорядочные сложные колебания различной физической природы.

Проблема шума возникла очень давно. Уже в древние времена стук колес по булыжной мостовой вызывал у многих бессонницу.

А может быть, проблема возникла еще раньше, когда соседи по пещере начинали ссориться из-за того, что один из них слишком громко стучал, изготавливая каменный нож или топор?.

Шумовое загрязнение окружающей среды все время растет. Если в 1948 г. при обследовании жителей крупных городов на вопрос, беспокоит ли их шум в квартире, утвердительно ответили 23% опрошенных, то в 1961 г. - уже 50%. В последнее десятилетие уровень шума в городах вырос в 10-15 раз.

Шум - один из видов звука, правда, его часто называют «нежелательным звуком». При этом, по данным специалистов, шум трамвая расценивается на уровне 85-88 дБ, троллейбуса - 71 дБ, автобуса с двигателем мощностью более 220 л. с. - 92 дБ, менее 220 л. с. - 80-85 дБ.

Учёные из Государственного Университета Огайо пришли к выводу, что люди, регулярно подвергающиеся воздействию громких звуков, в 1,5 раза больше, чем остальные, рискуют заболеть акустической невромой.

Акустическая неврома – это доброкачественная опухоль, приводящая к потере слуха. Ученые обследовали 146 пациентов с акустической невромой и 564 здоровых людей. Всем им задали вопросы относительно того, насколько часто им приходится сталкиваться с громкими звуками не слабее 80 децибел (шум дорожного движения). В анкете учитывался шум приборов, моторов, музыка, детский крик, шум на спортивных мероприятиях, в барах и ресторанах. Участников исследования также спросили, используют ли они приспособления для защиты слуха. У тех, кто регулярно слушал громкую музыку, риск возникновения акустической невромы был повышен в 2,5 раза.

У тех, кто подвергался воздействию технического шума – в 1,8 раза. У людей, регулярно слушающих детский крик, шум на стадионах, в ресторанах или барах – в 1,4 раза. При использовании защиты для слуха риск возникновения акустической невромы не выше, чем у людей, которые вообще не подвергаются воздействию шума.

Воздействие акустического шума на человека

Воздействие акустического шума на человека бывает разное:

A. Вредное

Шум приводит к возникновению доброкачественной опухоли

Длительный шум неблагоприятно влияет на орган слуха, растягивая барабанную перепонку тем самым, понижая чувствительность к звуку. Он приводит к расстройству деятельности сердца, печени, к истощению и перенапряжению нервных клеток. Звуки и шумы большой мощности поражают слуховой аппарат, нервные центры, могут вызвать болевые ощущения и шок. Так действует шумовое загрязнение.

Шумы искусственные, техногенные. Именно они негативно влияют на нервную систему человека. Один из самых злостных городских шумов - шум автомобильного транспорта на крупных магистралях. Он раздражает нервную систему, поэтому человека мучают тревоги, он чувствует себя утомленным.

В. Благоприятное

К полезным звукам относится шум листвы. Плеск волн оказывает успокаивающее воздействие на нашу психику. Тихий шелест листвы, журчание ручья, легкий плеск воды и шум прибоя всегда приятны человеку. Они успокаивают его, снимают стрессы.

С. Лечебное

Лечебного воздействия на человека с помощью звуков природы возникла у врачей и биофизиков, работавших с космонавтами еще в начале 80-х годов двадцатого века. В психотерапевтической практике природные шумы используются при лечении различных заболеваний в качестве вспомогательного средства. Психотерапевты применяют и так называемый "белый шум". Это своеобразное шипение, отдаленно напоминающее шум волн без плеска воды. Врачи считают, что "белый шум" успокаивает и убаюкивает.

Влияние шума на организм человека

Но только ли органы слуха страдают от шумов?

Учащимся предлагается это выяснить, ознакомившись со следующими утверждениями.

1. Шум становится причиной преждевременного старения. В тридцати случаях из ста шум сокращает продолжительность жизни людей в крупных городах на 8-12 лет.

2. Каждая третья женщина и каждый четвертый мужчина страдают неврозами, вызванными повышенным уровнем шума.

3. Такие болезни, как гастрит, язвы желудка и кишечника, чаще всего встречаются у людей, живущих и работающих в шумной обстановке. У эстрадных музыкантов язва желудка - профессиональное заболевание.

4. Достаточно сильный шум уже через 1 мин может вызывать изменения в электрической активности мозга, которая становится схожей с электрической активностью мозга у больных эпилепсией.

5. Шум угнетает нервную систему, особенно при повторяющемся действии.

6. Под влиянием шума происходит стойкое уменьшение частоты и глубины дыхания. Иногда появляется аритмия сердца, гипертония.

7. Под влиянием шума изменяются углеводный, жировой, белковый, солевой обмены веществ, что проявляется в изменении биохимического состава крови (снижается уровень сахара в крови).

От чрезмерного шума (выше 80 дБ) страдают не только органы слуха, но и другие органы и системы (кровеносная, пищеварительная, нервная и т. д.), нарушаются процессы жизнедеятельности, энергетический обмен начинает преобладать над пластическим, что приводит к преждевременному старению организма.

ПРОБЛЕМА ШУМА

Крупному городу всегда сопутствует шум транспорта. За последние 25-30 лет в крупных городах мира шум увеличился на 12-15 дБ (т. е. громкость шума возросла в 3-4 раза). Если в черте города располагается аэропорт, как это имеет место в Москве, Вашингтоне, Омске и ряде других городов, то это приводит к многократному превышению предельно допустимого уровня звуковых раздражителей.

И все-таки автомобильный транспорт лидирует среди основных источников шума в городе. Именно он вызывает на магистральных улицах городов шум до 95 дБ по шкале шумомера. Уровень шума в жилых комнатах при закрытых окнах, выходящих на магистрали, только на 10-15 дБ ниже, чем на улице.

Шумность автомобилей зависит от многих причин: марки автомобиля, его исправности, скорости движения, качества дорожного покрытия, мощности двигателя и т. п. Шум от двигателя резко возрастает в момент его запуска и прогревания. При движении автомобиля на первой скорости (до 40 км/ч) шум двигателя в 2 раза превышает шум, создаваемый им на второй скорости. При резком торможении автомобиля шум также значительно возрастает.

Выявлена зависимость состояния организма человека от уровня шума окружающей среды. Отмечены определенные изменения функционального состояния центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, вызванные шумом. Ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь, повышение содержания холестерина в крови встречаются чаще у лиц, проживающих в шумных районах. Шум в значительной степени нарушает сон, уменьшает его продолжительность и глубину. Срок засыпания увеличивается на час и более, а после пробуждения люди чувствуют усталость, головную боль. Все это со временем переходит в хроническое переутомление, ослабляет иммунитет, способствует развитию болезней, снижает работоспособность.

Сейчас считается, что шум способен сокращать продолжительность жизни человека почти на 10 лет. Стало больше и психически больных людей по причине усиливающихся звуковых раздражителей, особенно сильно шум воздействует на женщин. В целом возросло число слабослышащих людей в городах, ну а самыми обычными явлениями стали головная боль и повышенная раздражительность.

ШУМОВОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Звук и шум большой мощности поражают слуховой аппарат, нервные центры и могут вызвать болевые ощущения и шок. Так действует шумовое загрязнение. Тихий шелест листвы, журчание ручья, птичьи голоса, лёгкий плеск воды и шум прибоя всегда приятны человеку. Они успокаивают его, снимают стрессы. Это используется в лечебных заведениях, в кабинетах психологической разгрузки. Естественные шумы природы становятся всё более редкими, исчезают совсем или заглушаются промышленными, транспортными и другими шумами.

Длительный шум неблагоприятно влияет на орган слуха, понижая чувствительность к звуку. Он приводит к расстройству деятельности сердца, печени, к истощению и перенапряжению нервных клеток. Ослабленные клетки нервной системы не могут достаточно координировать работу различных систем организма. Отсюда возникают нарушения их деятельности.

Мы уже знаем, что шум в 150 дБ губителен для человека. Не даром в средние века существовала казнь под колоколом. Гул колокольного звона мучил и медленно убивал.

Каждый человек воспринимает шум по-разному. Многое зависит от возраста, темперамента, состояния здоровья, окружающих условий. Шум обладает аккумулятивным эффектом, то есть акустические раздражения, накапливаясь в организме, все сильнее угнетают нервную систему. Особое вредное влияние шум оказывает на нервно-психическую деятельность организма.

Шумы вызывают функциональные расстройства сердечно-сосудистой системы; оказывает вредное влияние на зрительный и вестибулярный анализаторы; снижают рефлекторную деятельность, что часто становится причиной несчастных случаев и травм.

Шум коварен, его вредное воздействие на организм совершается незримо, незаметно, крушения в организме обнаруживаются не сразу. К тому же организм человека против шума практически беззащитен.

Все чаще врачи говорят о шумовой болезни, преимущественным поражением слуха и нервной системы. Источником шумового загрязнения может быть промышленное предприятие или транспорт. Особенно сильный шум производят тяжелые самосвалы и трамваи. Шум влияет на нервную систему человека, и потому в городах и на предприятиях проводятся мероприятия по шумозащите. Железнодорожные и трамвайные линии и дороги, по которым проходит грузовой транспорт, нужно выносить из центральных частей городов в малонаселенные районы и создавать вокруг них зеленые насаждения, хорошо поглощающие шум. Самолеты не должны летать над городами.

ЗВУКОИЗОЛЯЦИЯ

Избежать вредного воздействия шума значительно помогает звукоизоляция

Уменьшение уровня шума достигается за счет строительно-акустических мероприятий. В наружных ограждающих конструкциях окна и балконные двери имеют значительно меньшую звукоизоляцию, чем сама стена.

Степень шумозащищенности зданий в первую очередь определяется нормами допустимого шума для помещений данного назначения.

БОРЬБА С АКУСТИЧЕСКИМ ШУМОМ

Лаборатория акустики МНИИП проводит разработку разделов "Акустическая экология" в составе проектной документации. Выполняются проекты по звукоизоляции помещений, борьбе с шумом, расчеты систем звукоусиления, акустические измерения. Хотя и в обычных помещениях людям всё более хочется акустического комфорта, - хорошей защиты от шума, разборчивой речи и отсутствия т. н. акустических фантомов – отрицательных звуковых образов, формируемых некоторыми. В конструкциях, предназначенных для дополнительной борьбы с децибелами, чередуются как минимум два слоя - "жесткий" (гипсокартон, гипсоволокно) Также и акустический дизайн должен занять внутри свою скромную нишу. Для борьбы с акустическими шумами применяется частотная фильтрация.

ГОРОД И ЗЕЛЕНЫЕ НАСАЖДЕНИЯ

Если же защитить свое жилище от шума деревьями, то небесполезно будет узнать, что звуки поглощаются не листвой. Ударяясь о ствол, звуковые волны разбиваются, направляясь вниз, к почве, которой и поглощаются. Наилучшим стражем тишины считается ель. Даже у самой насыщенной автомагистрали можно жить спокойно, если защитить свой дом рядом зеленых ёлок. И неплохо бы посадить рядом каштаны. Одно взрослое каштановое дерево очищает от выхлопных газов автомобилей пространство высотой до 10 м, шириной до 20 м и длиной до 100 м. При этом в отличие от многих других деревьев каштан разлагает ядовитые вещества газов почти без, ущерба для своего «здоровья».

Значение озеленения городских улиц велико - плотные посадки кустарников и лесополосы защищают от шума, снижая его на 10-12 дБ (децибел), уменьшают концентрацию вредных частиц в воздухе со 100 до 25%, снижают скорость ветра с 10 до 2 м/с, уменьшают концентрацию газов от машин до 15% в единице объема воздуха, делают воздух более влажным, понижают его температуру, т. е. делают его более приемлемым для дыхания.

Зелёные насаждения так же поглощают звуки, чем выше деревья и плотнее их посадка, тем меньше слышен звук.

Зелёные насаждения в комплексе с газонами, цветниками благотворно действуют на психику человека, успокаивают зрение, нервную систему, являются источником вдохновения, повышают работоспособность людей. Величайшие произведения искусства и литературы, открытия ученых, зарождались под благотворным влиянием природы. Так были созданы величайшие музыкальные творения Бетховена, Чайковского, Штрауса и других композиторов, картины замечательных русских художников-пейзажистов Шишкина, Левитана, произведения русских и советских писателей. Не случайно сибирский научный центр был заложен среди зеленых насаждений Приобского бора. Здесь, в тени от городского шума в окружении зелени наши Сибирские ученые успешно проводят свои исследования.

Высока озеленённость таких городов, как Москва, Киев; в последнем, например, на каждого жителя приходится в 200 раз больше насаждений, чем в Токио. В столице Японии за 50 лет (1920-1970 гг.) было уничтожено около половины" всех зелёных участков, находившихся в " радиусе десяти километров от центра. В США за пятилетие потеряно почти 10 тыс. га центральных городских парков.

← Шум вредно отражается на состоянии здоровья человека, прежде всего, ухудшается слух, состояние нервной и сердечно-сосудистой системы.

← Шум можно измерить при помощи специальных приборов – шумомеров.

← Надо бороться с вредным влиянием шума путем контроля уровня шума, а также при помощи специальных мер по снижению уровня шума.

Сегодня озвучка театральных пьес и кинофильмов относительно проста. Большинство необходимых шумов существует в электронном виде, недостающие записываются, обрабатываются на компьютере. Но еще полвека назад для имитации звуков использовались удивительной хитроумности механизмы.

Тим Скоренко

Эти удивительные шумовые машины выставлялись на протяжении последних лет в самых разных местах, впервые — несколько лет тому назад в Политехническом музее. Там мы подробно рассмотрели эту занимательную экспозицию. Дерево-металлические устройства, удивительным образом имитирующие звуки прибоя и ветра, проезжающего автомобиля и поезда, цокот копыт и звон мечей, стрекотание кузнечика и кваканье лягушки, лязг гусениц и разрывы снарядов — все эти удивительные машины разработал, усовершенствовал и описал Владимир Александрович Попов — актер и создатель шумового оформления в театре и кино, — которому и посвящена выставка. Наиболее интересна интерактивность экспозиции: приборы не стоят, как нередко у нас принято, за тремя слоями пуленепробиваемого стекла, а предназначены для пользователя. Подходи, зритель, притворись звукооформителем, посвисти ветром, пошуми водопадом, поиграй в поезд — и это интересно, действительно интересно.

Фисгармония. «Для передачи шума танка используется музыкальный инструмент фисгармония. Исполнитель нажимает одновременно несколько нижних клавиш (и черных, и белых) на клавиатуре и при этом накачивает воздух с помощью педалей» (В.А. Попов).

Шумовых дел мастер

Владимир Попов начинал карьеру в качестве актера МХАТа, причем еще до революции, в 1908 году. В своих воспоминаниях он писал, что с детства увлекался звукоимитацией, пытался копировать различные шумы, природные и искусственные. С 1920-х годов он окончательно уходит в звуковую отрасль, проектируя разнообразные машины для шумового оформления спектаклей. А в тридцатых его механизмы появились и в кино. Например, с помощью своих удивительных машин Попов озвучивал легендарную картину Сергея Эйзенштейна «Александр Невский».

Он относился к шумам как к музыке, писал партитуры для звукового фона спектаклей и радиопостановок — и изобретал, изобретал, изобретал. Некоторые машины, созданные Поповым, сохранились до сих пор и пылятся в подсобках различных театров — развитие звукозаписи сделало его хитроумные механизмы, требующие определенных навыков обращения, ненужными. Сегодня шум поезда моделируется электронными методами, в поповские же времена целый оркестр по строго заданному алгоритму работал с различными устройствами, чтобы создать достоверную имитацию приближающегося состава. В шумовых композициях Попова порой было задействовано до двадцати музыкантов.

Шум танка. «Если танк появляется на сцене, то в этот момент вступают в действие четырехколесные приборы с металлическими пластинами. Прибор приводится в действие вращением крестовины вокруг оси. Получается сильный звук, очень похожий на лязг гусениц большого танка» (В.А. Попов).

Итогами его работы стали книга «Звуковое оформление спектакля», вышедшая в 1953 году, и полученная тогда же Сталинская премия. Можно привести здесь много различных фактов из жизни великого изобретателя — но мы обратимся к технике.

Дерево и железо

Важнейшим моментом, на который далеко не всегда обращают внимание посетители выставки, является тот факт, что каждая шумовая машина — музыкальный инструмент, на котором нужно уметь играть и который требует определенных акустических условий. Например, «громовая машина» во время спектаклей всегда ставилась на самый верх, на мостки над сценой, чтобы раскаты грома разносились по всему зрительному залу, создавая ощущение присутствия. В небольшой же комнате она производит не такое яркое впечатление, звук ее не столь естественен и находится значительно ближе к тому, чем является на самом деле, — к лязгу железных колес, встроенных в механизм. Впрочем, «ненатуральность» некоторых звуков объясняется тем, что многие из механизмов не предназначены для «сольной» работы — только «в ансамбле».

Иные машины, напротив, идеально имитируют звук независимо от акустических свойств помещения. К примеру, «Перекат» (механизм, издающий шум прибоя), огромный и неповоротливый, настолько точно копирует удары волн о пологий берег, что, закрыв глаза, можно легко вообразить себя где-то у моря, на маяке, в ветреную погоду.

Конный транспорт №4. «Прибор, воспроизводящий шум пожарного обоза. Чтобы в начале действия прибора дать слабый шум, исполнитель отводит ручку регулятора влево, благодаря чему происходит смягчение силы шума. При перемещении оси в другую сторону шум возрастает до значительной силы» (В.А. Попов).

Попов делил шумы на ряд категорий: батальные, природные, индустриальные, бытовые, транспортные и т. д. Некоторые универсальные приемы могли использоваться для имитации различных шумов. Например, подвешенные на определенном расстоянии друг от друга листы железа различной толщины и размеров могли сымитировать и шум приближающегося паровоза, и лязг производственных машин, и даже гром. Универсальным устройством Попов называл также огромный барабан-ворчун, способный работать в разных «отраслях».

Но большинство подобных машин достаточно просты. Специализированные же механизмы, предназначенные для имитации одного и только одного звука, заключают в себе весьма занимательные инженерные мысли. Например, падение капель воды имитируется вращением барабана, боковую сторону которого заменяют натянутые на разных расстояниях веревки. При вращении они приподнимают неподвижно укрепленные кожаные хлыстики, которые хлопают по следующим веревкам — и это действительно похоже на капель. Ветры различной силы также имитируются с помощью барабанов, трущихся о всевозможные ткани.

Кожа для барабана

Пожалуй, самая замечательная история, связанная с реконструкцией машин Попова, случилась во время изготовления большого барабана-ворчуна. Для огромного, диаметром почти в два метра, музыкального инструмента требовалась кожа — но оказалось, что приобрести выделанную, но не выдубленную барабанную кожу в России невозможно. Музыканты отправились на настоящую скотобойню, где купили две свежеснятые с быков шкуры. «В этом было что-то сюрреалистическое, — смеется Петр. — Подъезжаем мы на машине к театру, а у нас в багажнике — окровавленные шкуры. Мы затаскиваем их на крышу театра, там мездрим, сушим — неделю на всю Сретенку запах стоял…» Но барабан в итоге удался на славу.

Каждый прибор Владимир Александрович в обязательном порядке снабжал подробной инструкцией для исполнителя. Например, устройство «Мощный треск»: «Сильные сухие разряды грозы выполняются с помощью прибора «Мощный треск». Встав на площадку станка прибора, исполнитель, подавшись грудью вперед и положив обе руки поверх зубчатого вала, обхватывает его и повертывает по направлению к себе».

Стоит заметить, что многие из машин, использованных Поповым, были разработаны до него: Владимир Александрович лишь усовершенствовал их. В частности, ветровые барабаны применялись в театрах еще во времена крепостного права.

Изящная жизнь

Одним из первых фильмов, целиком озвученным с помощью механизмов Попова, была комедия режиссёра Бориса Юрцева «Изящная жизнь». Помимо голосов актёров, в этом фильме, вышедшем на экраны в 1932 году, нет ни одного записанного с натуры звука — всё сымитировано. Стоит заметить, что из шести полнометражных фильмов, снятых Юрцевым, этот — единственный сохранившийся. Попавший в опалу в 1935 году режиссёр был сослан на Колыму; его фильмы, кроме «Изящной жизни», были утеряны.

Новая инкарнация

После появления звуковых библиотек про машины Попова почти забыли. Они отошли в разряд архаизмов, в прошлое. Но нашлись люди, заинтересованные в том, чтобы техника прошлого не только «восстала из пепла», но и вновь стала востребованной.

Идея сделать музыкальный арт-проект (тогда еще не оформившийся как интерактивная выставка) давно теплилась в сознании московского музыканта, пианиста-виртуоза Петра Айду — и вот наконец нашла свое материальное воплощение.

Прибор «лягушка». Инструкция к прибору «Лягушка» значительно сложнее, нежели аналогичные указания к прочим устройствам. Исполнитель квакающего звука должен был хорошо владеть инструментом, чтобы итоговая звукоимитация получилась достаточно натуральной.

Команда, работавшая над проектом, частично базируется в театре «Школа драматического искусства». Сам Петр Айду — помощник главного режиссера по музыкальной части, координатор производства экспонатов Александр Назаров — руководитель театральных мастерских и т. д. Впрочем, в работе над выставкой принимали участие десятки людей, не связанных с театром, но готовых помогать, тратить свое время на странный культурологический проект — и все это было не зря.

Мы беседовали с Петром Айду в одной из комнат с экспозицией, в страшном грохоте и гаме, извлекаемом из экспонатов посетителями. «В этой экспозиции множество пластов, — говорил он. — Некий исторический пласт, поскольку мы подняли на свет историю очень талантливого человека, Владимира Попова; интерактивный пласт, поскольку люди получают удовольствие от происходящего; музыкальный пласт, поскольку по окончании выставки мы планируем использовать ее экспонаты в наших спектаклях, причем не столько для озвучки, сколько как самостоятельные арт-объекты». В то время, как Петр говорил, за его спиной работал телевизор. На экране сцена, где двенадцать человек слаженно играют композицию «Шум поезда» (это фрагмент спектакля «Реконструкция утопии»).

«Перекат». «Исполнитель приводит прибор в действие мерным ритмическим покачиванием резонатора (корпуса прибора) вверх и вниз. Тихий прибой волн выполняется медленным ссыпанием (не до конца) содержимого резонатора с одного его конца в другой. Прекратив ссыпание содержимого в одну сторону, быстрым движением приводят резонатор в горизонтальное положение и сейчас же отводят его в другую сторону. Мощный прибой волн выполняется медленным ссыпанием до конца всего содержимого резонатора» (В.А.Попов).

Автоматы изготовлялись по оставленным Поповым чертежам и описаниям — сохранившиеся в коллекции МХАТа оригиналы некоторых машин создатели выставки увидели уже после окончания работ. Одной из основных проблем было то, что легко добываемые в 1930-х годах детали и материалы сегодня нигде не используются и в свободной продаже не водятся. Например, латунный лист толщиной 3 мм и размерами 1000x1000 мм найти практически нереально, потому что нынешний ГОСТ подразумевает разрезку латуни только 600x1500. Проблемы возникали даже с фанерой: требуемая 2,5-миллиметровая по современным стандартам относится к авиамодельной и достаточно редка, разве что из Финляндии выписывать.

Автомобиль. «Шум автомобиля производится двумя исполнителями. Один из них вращает ручку колеса, а другой нажимает рычаг подъёмной доски и приоткрывает крышки» (В.А. Попов). Стоит заметить, что с помощью рычагов и крышек можно было значительно варьировать звук автомобиля.

Была и еще одна сложность. Сам Попов неоднократно замечал: чтобы сымитировать какой-либо звук, нужно абсолютно точно представлять себе, чего хочешь добиться. Но, например, звук переключения семафора 1930-х годов никто из наших современников никогда не слышал в живую — как же удостовериться в том, что соответствующий прибор изготовлен правильно? Никак — остается только надеяться на интуицию и старые кинофильмы.

Но в общем и целом интуиция создателей не подвела — им все удалось. Хотя изначально шумовые машины предназначались для людей, умеющих с ними обращаться, а не для потехи, в качестве интерактивных экспонатов музея они очень хороши. Вращая рукоять очередного механизма, глядя на транслируемый на стену немой кинофильм, ты ощущаешь себя великим звукорежиссером. И чувствуешь, как под твоими руками рождается не шум, но музыка.

В последнее время особенно много ведется споров о вреде и пользе ветрогенераторов с точки зрения экологии. Рассмотрим несколько позиций, на которые в первую очередь ссылаются противники ветроэнергетики.

Одним из основных аргументов против использования ветрогенераторов является шум . Ветроэнергетические установки производят два вида шума: механический и аэродинамический. Шум от современных ветрогенераторов на расстоянии 20 м от места установки составляет 34 - 45 дБ. Для сравнения: шумовой фон ночью в деревне составляет 20 - 40 дБ, шум от легковой автомашины при скорости движения 64 км/ч - 55 дБ, шумовой фон в офисе - 60 дБ, шум от грузовика при скорости движения 48 км/ч на удалении от него в 100м - 65 дБ, шум от отбойного молотка на расстоянии 7 м - 95 дБ. Таким образом ветрогенераторы не являются источником шума каким-либо образом негативно воздействующим на здоровье человека.
Инфразвук и вибрация - еще один вопрос негативного воздействия. Во время работы ветряка на концах лопостей образуются вихри, которые, собственно, и есть источниками инфразвука, чем больше мощность ветряка, тем больша мощность вибрации и негативное воздействие на живую природу. Частота этих вибраций - 6-7 Гц- совпадает с природным ритмом мозга человека, поэтому возможны некоторые психотропные эфекты. Но это все относится к мощным ветроэлектростанциям (на даже и относительно их это не доказано). Малая ветроэнергетика в этом аспекте намного безопасней за железнодорожный транспорт, автомобили, трамваи и другие источники инфразвука, с которыми ми сталкиваемся ежедневно.
Относительно вибраций , то они больше угрожают не людям, а зданиям и сооружениям, методы ее снижения - это вопрос хорошо изученный.Если для лопастей выбран хороший аэродинамический профиль, ветротурбина хорошо отбалансирована, генератор в рабочем состоянии, своевременно проводится техосмотр, то и проблемы вообще нету. Разве что может понадобиться дополнительная амортизация, если ветряк стоит на крыше.
Еще ссылаются противники ветрогенераторов на так званое визуальное воздействие . Визуальное воздействие - это субъективный фактор. Для улучшения эстетического вида ветроустановок во многих крупных фирмах работают профессиональные дизайнеры. Ландшафтные дизайнеры привлекаются для обоснования новых проектов. Между тем, при проведении опроса общественного мнения на вопрос «Портят ли ветрогенераторы общий пейзаж?» 94% респондентов ответили отрицательно, причем, многие подчеркнули, что с эстетической точки зрения, ветрогенераторы гармонично вписываются в окружающую среду в отличие от традиционных ЛЭП.
Также, одним из аргументов против использования ветрогенераторов является вред, наносимый животным и птицам . В то же время статистика показывает, что из расчета на 10 000 особей из-за ветрогенераторов погибает менее 1 шт, из-за телебашен - 250 шт, от пестицидов - 700 шт, из-за различных механизмов - 700 шт, из-за ЛЭП - 800 шт, из-за кошек - 1000 шт, из-за домов/окон - 5500шт. Таким образом, ветрогенераторы не являются самым большим злом для представителей нашей фауны.
Но в свою очередьветрогенератор мощностью 1 МВт сокращает ежегодные выбросы в атмосферу 1800 тонн углекислого газа, 9 тонн оксида серы, 4 тонн оксида азота. Возможно, переход к ветроэнергетике позволит повлиять на скорость уменьшения озонового слоя, и, соответственно, на темпы глобального потепления.
Кроме того, ветроустановки, в отличие от тепловых электростанций, производят электроэнергию без использования воды, что позволяет сократить эксплуатацию водных ресурсов.
Ветрогенераторы производят электроэнергию без сжигания традиционных видов топлива, это позволяет сократить спрос и цены на топливо.
Анализируя вышеизложенное, можно с уверенностью сказать, что с экологической точки зрения ветрогенераторы не представляют вреда. Практическим же подтверждением этого является то, что эти технологии набирают Стремительное развитие в Евросоюзе, США, Китае и других странах мира. Современная ветроэнергетика вырабатывает сегодня более 200 млрд. кВт.ч в год, что эквивалентно 1,3% глобального производства электроэнергии. В то же время в некоторых странах этот показатель достигает 40%.

В последние несколько лет множество людей, проживающих вблизи ветрогенераторов, утверждают, что вращающиеся лопасти вызывают у них различные заболевания. Люди жалуются на множество неприятных симптомов, начиная с головной боли и депрессии и заканчивая конъюнктивитом и носовыми кровотеченими. Действительно ли существует синдром ветрогенератора ? Или это просто еще одна мнимая болезнь, которая подогревается распространяющейся в интернете информацией?

Шум может вызвать раздражение и нарушение сна. Но сторонники синдрома ветрогенератора утверждают, что ветряные турбины несут в себе опасность для здоровья человека, связанную с низкочастотным шумом ниже порога восприятия человеческого слуха.

Синдром ветрогенератора

Синдром ветрогенератора — это клиническое наименование ряда симптомов, данное доктором, педиатром из Нью Йорка Ниной Пьерпонт (Nina Pierpont), которые наблюдаются у многих (но не всех) людей, проживающих вблизи промышленных ветровых турбин. В течение пяти лет Нина Пьерпонт обследовала людей, проживающих вблизи ветрогенераторов в США, Италии, Ирландии, Великобритании и Канаде. В 2009 году вышла ее книга «Wind Turbine Syndrome» (Синдром ветрогенератора).

Симптомы синдрома ветрогенератора, которые описывает Нина Пьерпонт:

• нарушение сна;
• головная боль;
• шум в ушах;
• давление в ушах;
• головокружение;
• тошнота;
• визуальная размытость;
• тахикардия (учащенное сердцебиение);
• раздражительность;
• проблемы с концентрацией и памятью;
• панические приступы, связанные с ощущениями внутреннего пульсации или дрожанием, которые возникают во время бодрствования и во сне.

Она утверждает, что проблемы вызывает нарушение вестибулярной системы внутреннего уха низкочастотным шумом от турбин ветрогенераторов.

Чтобы понять, с чем связан синдром ветрогенератора, нужно сначала понять принцип работы человеческой вестибулярной системы, рецепторные клетки которой находится во внутреннем ухе. Внутреннее ухо состоит из преддверия, улитки и полукружных каналов. Овальный и круглый мешочек и полукружные каналы не относятся к органам слуха, они как раз и представляют собой вестибулярный аппарат, определяющий положение тела в пространстве, отвечающий за сохранение равновесия и регулирующий настроение и некоторые физиологические функции. Низкочастотный звук (инфразвук) мы не осознаем, но он влияет на вестибулярный аппарат. Низкочастотный шум от турбин стимулирует выработку ложных сигналов в системе внутреннего уха, которые и приводят к головокружению и тошноте, а также к проблемам с памятью, тревожности и панике.

Вестибулярный аппарат — это древняя система «управления и контроля», созданная природой, она появилась у животных еще миллионы лет назад, задолго до того, как появились первые люди. Почти идентичный аппарат есть у рыб и амфибий и множества других позвоночных. Не поэтому ли замечено, что вблизи ветряных турбин исчезают птицы, мыши, черви и другие животные. Похоже, они тоже страдают синдромом ветрогенератора.

Инфразвук, вследствие большой длины волны, свободно обходит препятствия и может распространяться на большие расстояния без значительных потерь энергии. Поэтому инфразвук можно рассматривать как фактор, загрязняющий окружающую среду. Т.е. если ветрогенераторы приводят к выработке инфразвука, то они все же не являются чистым источником энергии, поскольку загрязняют окружающую среду. А отфильтровать инфразвук намного сложнее, чем обычный звук. Устанавливаемые звуковые фильтры не позволяют его экранировать полностью.

Критика синдрома ветрогенератора

Надо отметить, что синдром ветрогенератора не признается официально. Критики Пьерпонт говорят, что написанная ею книга не рецензировалась и была издана самостоятельно. А ее выборка субъектов для исследований слишком мала и не имеет контрольной группы для сравнения. Саймон Чэпмэн, профессор в области здравоохранения, говорит, что термин «синдром ветрогенератора» появляется для распространения группами активистов, выступающих против ветропарков.

Некоторые недавние исследования объясняют синдром ветрогенератора силой внушения. Одно из исследований было опубликовано в журнале Health Psychology. В ходе проведения исследования 60 участников подвергались воздействию инфразвука и мнимого инфразвука (т.е. тишины) в течение 10 минут. До воздействия инфразвуком половине группы были продемонстрированы видеоролики, в которых описывались симптомы, появляющиеся у людей, проживающих рядом с ветрогенераторами. Люди, состоящие в этой группе, после «прослушивания» инфразвука имели большое количество жалоб на подобные симптомы вне зависимости от того, подвергались они воздействию настоящего или мнимого инфразвука.

Один из авторов исследования указывает, что «синдром ветрогенератора» является классическим случаем ноцебо-эффекта. Это злой близнец плацебо-эффекта, который вызывает отрицательную реакцию. Ноцебо эффект — это симптомы, которые возникают от негативной информации о продукте. Например, некоторые участники клинических испытаний, которых предупреждали о возможных пагубных побочных эффектах препарата, испытывали именно те побочные эффекты, даже если они на самом деле принимали пустышки.

Группа экспертов в 2009 году, спонсируемая Американской и Канадской ассоциацией ветроэнергетики, сделала вывод, что симптомы «синдрома ветрогенератора» наблюдается вообще у многих людей, подверженных стрессу, вне зависимости от того, воздействует ли на них инфразвук. Инфразвук, который производят ветрогенераторы, также производит транспорт, бытовая техника и человеческое сердце. Он не является чем-то особенным и не представляет собой фактор риска.

Однако, несмотря на критику синдрома, люди очень часто жалуются на головные боли, бессонницу, звон в ушах, которые они связывают с ветрогенераторами. Вероятно, Пьерпонт в чем-то права и люди действительно заболевают от инфразвука, не зря рядом с ветропарками исчезают животные. Может быть, некоторые люди являются сверхчувствительными к низкочастотным шумам или психологически предрасположены к реагированию на негативную информацию о ветряных турбинах. На самом деле, необходимо проведение дополнительных исследований, чтобы выявить все возможные факторы риска для здоровья человека и окружающей среды, связанные с ветряными установками.

(Просмотрели10 089 | Посмотрели сегодня 3)

Система хранения энергии рушит последние барьеры перед альтернативной энергетикой
Оконная ферма с использованием червей. «Вертикальный сад» в Первоуральске
Животный мир и человек. Где мы сейчас и куда двигаемся

Вследствие поворота в области энергетики возобновляемые виды энергии приобретают в земле Баден-Вюртемберг большое значение. Центральным элементом при этом становится использование энергии ветра. В 2011-м году местными ветроэнергетическими установками было произведено в этой земле около одного процента электроэнергии. Всего в эксплуатации было 380 ветроэнергетических установок. К 2020 году суммарная мощность ветроустановок должна вырасти с 500 мегаватт (состояние на 2012) до 3 500 мегаватт. Около десяти процентов всей электроэнергии должно будет вырабатываться ветроэнергетическими установками. Одна типичная ветроустановка с номинальной мощностью 2 МВт расположенная в благоприятной для этого местности земли Баден-Вюртемберг теоретически может снабжать электроэнергией свыше 1000 домашних хозяйств.

При развитии ветроэнергетики необходимо учитывать воздействие на людей и окружающую среду. Ветроэнергетические установки создают шум. При правильном планировании и достаточном расстоянии до жилищных застроек от ветроэнергетических установок не исходит какого-то акустического беспокойства. Уже на расстоянии нескольких сот метров шум ветроустановки почти не превышает естественного шума ветра в растительности. Наряду со звуковыми волнами, ветроустановки производят, вследствие обтекания воздухом вращающихся лопастей, шум более низкой частоты, так называемый инфразвук или экстремально низкий тон. Слух в этом диапазоне крайне нечувствителен. Все же в рамках развития ветроэнергетики существуют опасения, что эти инфразвуковые волны причиняют вред человеку или могут быть опасными для его здоровья. Эта брошюра призвана способствовать обсуждению данного вопроса.

Что же такое звук?

Звук состоит, если говорить просто, из волн сжатия. При распространении этих колебаний давления через воздух передается звук. Слух человека в состоянии улавливать звук частотой от 20 до 20 000 Герц. Герц - это единица измерения частоты, которая определяется количеством колебаний за секунду. Низкие частоты соответствуют низким тонам, высокие - высоким. Частоты ниже 20 Гц называют инфразвуком. Шум выше звукового диапазона, т.е. выше 20 000 Гц известен как ультразвук. Низкими частотами называют звук, преобладающая часть которого находится в диапазоне ниже 100Гц. Периодические колебания давления воздуха распространяются со скоростью звука, около 340 м/сек. Колебания низких частот имеют большую, а высокочастотные колебания короткую длину волны. Например, длина волны 20-ти герцового тона составляет 17,5 м, а при частоте 20 000 Гц - 1,75 см.

Как распространяется инфразвук?

Распространение инфразвука подчиняется тем же физическим законам что и все виды волн, распространяемые в воздухе. Отдельный источник звука, например генератор ветроэнергетической установки излучает волны, которые распространяются шарообразно во всех направлениях. Так как энергия звука при этом распределяется на все большую площадь, интенсивность звука на квадратный метр имеет обратно- геометрическую зависимость: с ростом расстояния звук становится тише (см. рисунок).

Наряду с этим существует эффект абсорбции волн в воздухе. Небольшая часть энергии звука при распространении превращается в тепло, за счет чего получается дополнительное снижение звука. Эта абсорбция зависит от частоты: звук более низкой частоты снижаются меньше, высокой частоты больше. Снижение интенсивности звука с расстоянием значительно превышает его потерю за счет абсорбции. Особенность состоит в том, что низкочастотные колебания очень легко проходят стены и окна, вследствие чего воздействие происходит внутри здания.

Где встречается инфразвук?

Инфразвук - это обычная составляющая часть нашей окружающей среды. Его излучают огромное число разнообразных источников. К ним принадлежат как природные источники, такие как ветер, водопад или морской прибой, так и технические, например обогреватели и кондиционеры, уличный и рельсовый транспорт, самолеты или аудиосистемы на дискотеках.

Шум ветроэнергетических установок.

Современные ветроэнергетические установки производят в зависимости от силы ветра шум во всем диапазоне частот, в том числе низкочастотные тона и инфразвук. Это происходит за счет срыва турбулентности, особенно на концах лопастей, а также на краях, щелях и распорках. Обтекаемая воздухом лопасть создает шум, похожий на шум крыла планера.

Излучение звука увеличивается с возрастанием скорости ветра до достижения установкой номинальной мощности. После этого она остается постоянной. Специфическое инфразвуковое излучение сопоставимо с излучением других технических установок.

Исследования показали, что инфразвуковое излучение ветроэнергетической установки находится ниже порога восприятия человека. Зеленая линия графика показывает, что на расстоянии 250 метров измеренные значения находятся ниже порога восприятия.

При этом сильный ветер, проходя через естественные препятствия, может создать инфразвук большей интенсивности. Для сравнения: внутри административного здания согласно измерениям, проведенным LUBW, уровень инфразвука лежит ниже зеленой линии. Скорость ветра в обоих случаях составляла ровно 6 м/с. Многие повседневные шумы содержат значительно больше инфразвука.

График вверху показывает как пример шум внутри легкового автомобиля. При скорости 130 км/час инфразвук становится даже слышим. При открытых боковых стеклах шум ощущается как неприятный. Его интенсивность составляет 70 децибел, т.е. в 10 000 000 раз сильнее, чем вблизи ветроагрегата при сильном ветре.

Оценка низкочастотного шума.

В диапазоне низкочастотных колебаний ниже 100 Гц находится плавный переход слухового восприятия от слышания силы звука и высоты тона до ощущения. Здесь изменяется качество и способ восприятия. Восприятие высоты тона снижается и при инфразвуке исчезает совсем. В общем это действует так: чем ниже частота, тем интенсивность звука должна быть сильнее, чтобы, вообще, можно было услышать шум. Низкочастотное воздействие более высокой интенсивности, как например вышеприведенный шум внутри автомобиля, часто воспринимается как давление на уши и вибрации. Длительное воздействие колебаний такой частоты могут вызвать в голове шум, чувство давления или раскачивания. Наряду со слухом существуют также другие органы чувств воспринимающие низкие частоты. Так чувствительные клетки кожи воспринимают давление и вибрацию. Инфразвук может также воздействовать на имеющиеся в теле пустоты, такие как легкие, ноздри и среднее ухо. Инфразвук очень высокой интенсивности имеет замаскированное воздействие в среднем и нижнем звуковом диапазоне. Это значит: При очень сильном инфразвуке слух не в состоянии одновременно воспринимать тихий звук в этом более высоком частотном диапазоне.

Влияние на здоровье

Лабораторные исследования воздействия инфразвука показывают, что высокая интенсивность выше порога восприятия может вызвать усталость, потерю концентрации и обессиливание. Наиболее известной реакцией организма является возрастающая усталость после многочасового воздействия. Может также нарушиться чувство равновесия. Некоторые исследователи ощутили чувство неуверенности и страха, у других уменьшилась частота дыхания.

Дальше, как и при звуковых излучениях, при очень высокой интенсивности временное снижение слуха, этот эффект известен посетителям дискотек. При долговременном воздействии инфразвука может развиться продолжительное расстройство слуха. Уровень шума в непосредственной близости от ветрогенератора очень далек от таких эффектов. Ввиду того, что порог слышимости отчетливо превышен, раздражение от инфразвука не ожидаются. О таких эффектах, о которых мы говорили, нет никакой научной документации.

Выводы:

Ультразвук, производимый ветроэнергетическими установками, находится определенно ниже границы чувствительности человека. Согласно сегодняшнему уровню науки, вредного воздействия ультразвука от ветроэнергетических установок не ожидается.

По сравнению со средствами передвижения, как автомобиль или самолет, инфразвук от ветроэнергетических установок ничтожно мал. Наблюдая общий диапазон звуковых частот, мы видим, что шум от ветроэнергетической установки уже в нескольких сотнях метров почти совсем не слышен на фоне ветра в растительности.

Необходимо обращать внимание на совместимость ветроэнергетических установок и жилых домов. Нормативными актами по использованию энергии ветра земли Баден-Вюртемберг предписывается для местного планирования и планирования использования площадей безопасное расстояние в 700 м между ветроэнергетическими установками и жилыми постройками. Как исключение, при тщательном изучении отдельных случаев, расстояние можно как увеличить, так и уменьшить.