Dźwięki, narząd słuchu oraz charakterystyka i rodzaje hałasu

DŹWIĘK

W życiu codziennym człowiek spotyka się z wieloma różnymi dźwiękami i odgłosami. Nasze ucho jest doskonale przystosowane do odbierania tych fal głosowych.

Dźwięk – jest to fala akustyczna, która rozchodzi się w danym ośrodku sprężystym(ciało stałe, płyn i gaz) zdolna wytworzyć wrażenie słuchowe, które dla człowieka zawarte jest w paśmie między częstotliwościami granicznymi od ok. 20 Hz do 20 kHz.

Ton to wrażenie słuchowe spowodowane sinusoidalnym drganiami akustycznym.

Szum jest to dźwięk, którego zmienność w czasie w danym punkcie przestrzeni jest opisana funkcją losową.

RODZAJE DŹWIĘKÓW

Dźwięki słyszalne to dźwięki pomiędzy 20 Hz a 20 kHz. Niesłyszalne dla człowieka dźwięki o częstotliwościach poniżej 20Hz nazywamy infradźwiękami a dźwięki o częstotliwościach powyżej 20kHz nazywamy ultradźwiękami.

Środowisko akustyczne człowieka jest tworzone przez dźwięki, których odbiór jest uzależniony od czułości narządu słuchu. Ucho odgrywa rolę układu wykrywającego kierunek, głośność, wysokość i barwę dźwięku. Podstawowym aspektem funkcjonowania organu słuchu człowieka jest obszar jego czułości (wrażliwości).

Dolna granica wrażenia słuchowego to próg czułości. I tak czułość ucha ludzkiego na poszczególne dźwięki zależy od częstotliwości tego dźwięku. Największa czułością ucho charakteryzuje się dla częstotliwości z przedziału od 800 do 4000 Hz. Czułość ucha ludzkiego jest duża gdy poziom dźwięku jest niski natomiast zmniejsza się wraz ze wzrostem poziomu dźwięku. Zjawisko to nosi nazwę adaptacji. Stanowi ona jeden z czynników obronnych organizmu ludzkiego w przypadku narażenia na długotrwały hałas. Polega on m.in. na zmianie napięcia mięśniowego strzemiączkowego i napinacza błony bębenkowej.

Dźwięki o niskich częstotliwościach łatwo maskują dźwięki o wyższych częstotliwościach, podczas gdy trudno jest uzyskać efekt odwrotny, tj. maskowanie dźwięków o niskich częstotliwościach dźwiękami o wysokich częstotliwościach.

NARZĄD SŁUCHU

Zmysł słuchu jest to zdolność odbioru dźwięku przez człowieka. Umożliwia porozumiewanie się ludzi, jest niezbędny do prawidłowego kształtowania mowy.

Dźwięk dociera do narządu odbiorczego drogą powietrzną i drogą kostną. Droga powietrzna biegnie przez zagłębienie małżowiny usznej, przewód słuchowy zewnętrzny, jamę bębenkową i płyny ucha wewnętrznego do narządu Cortiego, do nerwu słuchowego ośrodków korowych i podkorowych mózgu.

BUDOWA UCHA

Rysunek 1 Budowa ucha

Narządem słuchu jest ucho, które składa się z ucha zewnętrznego, ucha środkowego oraz ucha wewnętrznego.

Ucho zewnętrzne składa się z małżowiny usznej oraz przewodu słuchowego zewnętrznego zamkniętego błoną bębenkową. Zadaniem ucha zewnętrznego jest odpowiednie przeniesienie drgań rozprzestrzeniających się w powietrzu w postaci fali akustycznej do ucha środkowego. Dzięki swojej budowie pozwala na selektywne wzmacnianie docierających do ucha dźwięków, odgrywa podstawową rolę w lokalizacji źródeł dźwięku oraz pełni funkcję ochronną dla błony bębenkowej (ochrona mechaniczna, zapewnienie właściwej temperatury i wilgotności).

Ucho środkowe składa się z jamy bębenkowej składającej się z 6 ścian a przednią ścianę tworzy błona bębenkowa. W jamie bębenkowej umieszczone są trzy kosteczki słuchowych: młoteczka, kowadełka i strzemiączka. W skład uch środkowego wchodzi również trąbka Eustachiusza, której zadaniem jest wyrównanie ciśnienia w jamie bębenkowej z ciśnieniem atmosferycznym, co jest warunkiem prawidłowej transmisji przez kosteczki słuchowe. Drgania błony bębenkowej przenoszone są poprzez przymocowany do niej młoteczek na kowadełko a następnie na strzemiączko, które swoją podstawą wnika do okienka owalnego stanowiącego wejście do ucha wewnętrznego. Zadaniem ucha środkowego i znajdujących się w nim kosteczek słuchowych jest przeniesienie jak największej energii akustycznej z ośrodka powietrznego do cieczy wypełniającej ślimak będący jednym z podstawowych elementów ucha wewnętrznego. Pełni on zatem rolę układu dopasowującego impedancję akustyczną (głośności) ośrodka powietrznego do impedancji nieściśliwego płynu znajdującego się w uchu wewnętrznym. Inną dodatkową funkcją ucha środkowego jest ochrona ucha wewnętrznego przed zbyt silnymi dźwiękami. Kosteczki słuchowe połączone są ruchomymi stawami i są zawieszone za pomocą specjalnych mięśni w taki sposób, że może następować przesunięcie strzemiączka zmniejszające sprzężenie ucha środkowego z wewnętrznym jak również może następować ruch obrotowy strzemiączka przy silnym pobudzeniu błony bębenkowej. Zjawisko to nosi nazwę odruchu strzemiączkowego i zabezpiecza ucho wewnętrzne przed zbyt silnymi drganiami akustycznymi. Czas zadziałania tego mechanizmu wynosi około 150ms natomiast czas trwania to około 1,5s. Nie chroni on zatem przed hałasem impulsowym. Kosteczki słuchowe pełnią rolę wzmacniacza dźwięku. Bodziec jest wzmacniany 17 razy czyli 25 dB. Ucho środkowe spełnia rolę tzw. transformatora akustycznego.

Rysunek 2 Budowa ucha środkowego

Ucho wewnętrzne składa się z trzech kanałów półkolistych decydujących o zmyśle równowagi oraz spiralnie skręconego kanału zwanego ślimakiem, który zawiera czuciowe komórki słuchowe wrażliwe na dźwięk. Ślimak wypełniony jest płynem i podzielony jest na dwie części przez błonę podstawną. Drgania strzemiączka przekazywane przez okienko owalne znajdujące się w podstawie ślimaka powodują przemieszczanie się cieczy, która naciska na błonę podstawną. Na błonie podstawnej znajduje się organ Cortiego z uporządkowanymi w rzędach komórkami słuchowymi wyposażonymi w rzęski (rysunek 4). Gdy błona podstawna wprawiana jest w ruch przez drgania cieczy wypełniającej ślimak następuje zginanie rzęsek i pobudzanie tym samym nerwu słuchowego. Wytwarzane w ten sposób impulsy nerwowe interpretowane są jako dźwięk. W uchu wewnętrznym fale o wyższej częstotliwości są odbierane bliżej podstawy ślimaka, a dźwięki o niższej częstotliwości- bliżej wierzchołka ślimaka. Komórki ślimaka są początkiem nerwu słuchowego, którym dalej transmitowany jest dźwięk do jąder podkorowych w pniu mózgu następnie do jąder korowych mózgu, gdzie występuje uświadomienie dźwięku.

Rysunek 3 Budowa ucha wewnętrznego

Rysunek 4 Komórki rzęskowe

HAŁAS

Hałas obecnie istnieje wszędzie. Atakuje nasze uszy w domu, w szkole, w pracy. Często jest składnikiem relaksu i wypoczynku !!!??? Głośna pop- muzyka czy ryk stadionów należą do elementów wypoczynku dużych grup ludzi.

Hałas to wszelkie niepożądane, nieprzyjemne, dokuczliwe, uciążliwe lub szkodliwe dźwięki oddziałujące na narząd słuchu i inne zmysły oraz części organizmu człowieka. Każdy dźwięk stanowiący przeszkodę w sprawnym wykonywaniu określonej czynności (przeszkadzający) lub powodujący uszkodzenie ustroju w zależności od natężenia nazywa się hałasem lub szumem. Jeżeli w jego widmie występują składowe o częstotliwości od 16 Hz do 20 kHz, możemy go określić jako hałas lub szum słyszalny.

Największy związek z fizjologicznym i psychologicznym działaniem hałasu na organizm ludzki mają:

• Częstotliwość dźwięku, mierzona w hercach (Hz)

• Natężenie dźwięku, mierzone w decybelach (Db)

• Głośność dźwięku, wyrażona w fonach

Częstotliwość dźwięku określa liczbę drgań źródła dźwięku na sekundę. Człowiek słyszy dźwięki, których częstotliwość mieści się w granicach 16-20 000 Hz.

Szczególnie dokuczliwy jest hałas występujący w postaci pojedynczych impulsów dźwiękowych (trzask, huk) lub w postaci ciągu takich impulsów. W widmie hałasu mogą występować składowe w zakresie infradźwięków i ultradźwięków, które wywierają dodatkowy, szkodliwy wpływ na organizm ludzki.

Hałas infradźwiękowy o bardzo niskiej częstotliwości, poniżej 20 Hz emitowany jest przez maszyny i urządzenia przepływowe, takie jak sprężarki, silniki wysokoprężne, młoty, wentylatory przemysłowe, dmuchawy wielkopiecowe. Źródłem infradźwięków mogą być masy wody w zaporach i kanałach wodnych, transport lądowy, wodny i lotnictwo. Fale infradźwiękowe osiągają bardzo duże długości (najkrótsza fala ma długość 17m) mogą się rozchodzić na duże odległości od źródła (nawet setki km) i stwarzać w ten sposób zagrożenie na znacznym obszarze. Zagrożenie jest tym większe, że od wartości poziomów 130 dB może występować dodatkowo zjawisko rezonansu narządów wewnętrznych, które może doprowadzić do zaburzeń w funkcjonowaniu komórek, tkanek i narządów, powodując przy poziomach pow. 160 dB mechaniczne zniszczenie struktur organizmu.

Hałas ultradźwiękowy o wysokiej częstotliwości, powyżej 20 000 Hz (20kHz) emitowany jest przez m. in. lutownice ultradźwiękowe, wanny lutownicze, zgrzewarki, płuczki, narzędzia pneumatyczne, sprężarki, palniki, niektóre maszyny włókiennicze.
Ultradźwięki są wykorzystywane w procesach technologicznych, a także w diagnostyce medycznej, w przemyśle spożywczym, w defektoskopii itp. Ultradźwięki mogą być bardzo niebezpieczne przy nieodpowiednim stosowaniu i nieprzestrzeganiu podstawowych zasad obsługi urządzeń ultradźwiękowych.

Ludzie bardzo różnie znoszą hałas. Pracownikom portów lotniczych, którzy mieszkają w pobliżu pasów startowych, huk samolotów nie dokucza tak bardzo jak osobom zatrudnionym w innej branży. Pani domu korzystającej z elektrycznego robota kuchennego jego warkot przeszkadza znacznie mniej niż komuś, kto w pokoju obok próbuje czytać książkę lub oglądać telewizję.

W ocenie uciążliwości hałasu główną rolę odgrywa nastawienie psychiczne osoby narażonej. Jest ono zależne od chwilowego usposobienia, rodzaju zajęcia (np. w przypadku wykonywania czynności wymagających dużej koncentracji nawet niewielki hałas jest odczuwalny jako uciążliwy) i od przyczyny hałasu (np.. tzw. hałas obcy-niezależnie od jego obiektywnej wartości-jest odczuwany jako bardzo uciążliwy). To w jakim stopniu dany hałas jest uciążliwy dla konkretnej osoby zależy od wielu fizycznych własności tych dźwięków a także od charakteru tych zmian w czasie czyli np. częstotliwości pojawiania się, poziomu hałasu czy jego charakterystyki widmowej.

Właściwości fizyczne hałasu oraz zmienność tych właściwości w czasie, mają wpływ na dokuczliwość, szkodliwość oraz uciążliwość hałasu. Do właściwości fizycznych, charakteryzujących hałas należą charakterystyka widmowa, charakter hałasu, jego poziom i częstotliwość pojawiania się oraz czas oddziaływania. Hałas wpływa niekorzystnie zarówno na zdrowie, jak i funkcjonowanie człowieka. Nadmierny hałas dotyka nie tylko narząd słuchu. Oddziałuje negatywnie też na ogólny stan jego zdrowia, na jego psychikę i emocje oraz funkcjonowanie całego ciała. Hałas wywołuje u człowieka poczucie zagrożenia oraz brak poczucia niezależności. Negatywnie wpływa na możliwości porozumienia między ludźmi, pogarsza orientację w terenie, prowadzi do pogorszenia warunków pracy oraz wypoczynku. Wyróżniamy kilka poziomów hałasu. Najniższy poziom stanowią hałasy znajdujące się w przedziale 0-35 decybeli. Poziom ten obejmuje dźwięki o głośności od 0 do 50 fonów. Są to głownie dźwięki pochodzące z natury, które wywierają korzystny wpływ na organizm ludzki. Są one nieszkodliwe dla człowieka, choć czasami mogą irytować. Poziom 35-70 decybeli obejmuje hałasy, których negatywny wpływ na organizm człowieka objawia się przemęczeniem układu nerwowego, problemami z rozumieniem mowy i porozumiewaniem się oraz osłabieniem wzroku. Ponadto nie pozwalają na pełny sen i wypoczynek. U człowieka narażonego na długotrwałe oddziaływanie hałasu o poziomie 70-85 decybeli dochodzi do osłabienia słuchu, pojawiają się uporczywe bóle głowy oraz dolegliwości na tle nerwowym. Człowiek taki pracuje w sposób mniej efektywny. Groźne dla organizmu ludzkiego są hałasy zawarte w przedziale 90-130 decybeli. Skutkami ich oddziaływania są zaburzenia w funkcjonowaniu układów krwionośnego i pokarmowego. Pod wpływem hałasów o poziomie wyższym niż 130 decybeli niektóre z narządów wewnętrznych zaczynają drgać, co prowadzi do ich zniszczenia oraz chorób. U człowieka, który znajduje się pod wpływem hałasu o takim poziomie pojawiają się mdłości oraz zaburzenia równowagi. Udział procentowy składników krwi zmienia się, co skutkuje chorobami psychicznymi. Skutkiem długotrwałego oddziaływania hałasu na zmysł słuchu są zmiany o charakterze patologicznym oraz fizjologicznym. Zmiany o charakterze patologicznym polegają na nieodwracalnym uszkodzeniu komórek słuchowych ślimaka co powoduje trwały czuciowy, odbiorczy niedosłuch przebiegający często z szumem usznym i w istotny sposób zaburza odbiór fal akustycznych przez narząd słuchu.

Hałas czyni mowę mniej zrozumiałą, a ponadto uszkadza wzrok i obniża koncentrację. Hałas przyspiesza procesy starzenia się. Ponadto 30 na 100 mieszkańców dużych miast żyje o 8-12 lat krócej, z powodu narażenia na nadmierny hałas.

Ze względu na środowisko występowania hałas można podzielić na:

• Przemysłowy, spowodowany technologicznymi procesami

• Komunalny, występujący w pomieszczeniach mieszkalnych pochodzenia zewnętrznego;

• Komunikacyjne wywołany przez środki transportu.

Źródła:

http://www.emiton.pl/cms/zalaczone_pliki/earanatomy3.jpg

http://old.2lo.zabrze.pl/fizyka/2lo/halas.html

http://www.serwis.wypadek.pl/body/biblioteka/opracowania/odd_halas/s01.jpg

1. Wróblewska M. Ergonomia skrypt dla studentów

2. Koradecka D., [red.], Bezpieczeństwo pracy i ergonomia, Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa, 1999

3. Horst W., [red.], Ergonomia z elementami bezpieczeństwa pracy, Wyd. Politechniki Poznańskiej, Poznań, 2006