Источник звука
Уровень
громкости, фон
Громкость, сон
Характеристика громкости звука
Ход карманных часов на расстоянии 1 м
Шепот на расстоянии 1 м
Шепот на расстоянии 0,3 м
Разговор вполголоса на расстоянии 1 м
Разговор средним по громкости голосом на расстоянии 1 м
Машинописное бюро
Громкая речь на расстоянии 1 м
Громкий крик на расстоянии 1 м
Шум в кабине самолета
Шум многооборотного дизеля на расстоянии 1 м
Шум вблизи работающего авиамотора
60 – 65
70 – 75
110 – 115
120 – 130
0,1
0,4
4 – 6
8 – 12
200 – 320
500 – 1200
Тишина
Слабый звук
Умеренный звук
Громкий звук
Очень громкий звук
Оглушительно
громкий звук
Дифференциальная чувствительность к изменению громкостизависит от интенсивности и частоты звуков:I / I = K , где K – константа Вебера.
При уровнях громкости 40 –100 и частотах 500 –3000 ГцK = 0,04 – 0,05.
В крайних зонах области слухового восприятия дифференциальная чувствительность ухудшается. В частности, при I = 20 дБ ощущаемое ΔI = 2 – 6 дБ т.е. K = 0,1 – 0,3.
Наибольшая дифференциальная чувствительность наблюдается в диапазоне частот 500 – 10000 Гц. В частности, приf = 1000 Гц в диапазоне от порога слышимости до болевого ощущения воспринимается 270 – 300 градаций громкости.
Восприятие высоты звуковых сигналовв основном обусловлено их
частотными характеристиками. Однако ощущение в некоторой степени зависит также от силы звукового раздражителя и состава сложного звука. Для измерения ощущения высоты звука введена специальная единица – мел. Принято, что высота тона частоты 1000 Гц при уровне 40 дБ над порогом слышимости равна 1000 мел.
Изменение числа мел на какую-либо величину означает пропорциональное изменение ощущения высоты тона.
Частота, Гц
Высота звука, мел.
Дифференциальная чувствительность к изменению высоты тоновопределяется константой Вебера К = Δf / f . В диапазоне частот 500 – 5000 Гц при средних уровнях интенсивности величина К = 0,002 – 0,003. Дифференциальная чувствительность возрастает с ростом интенсивности звука. Число едва заметных градаций по высоте для уровня 20 дБ равно 520, для уровня 40 дБ – 1270, для 80 дБ – 2180.
Пространственная локализация источника звука возможна благодаря восприятию звуков одновременно двумя ушами (бинауральный слух).
Бинауральный слух от моноурального отличается более высокой абсолютной чувствительностью; помехоустойчивостью; разрешающей способностью при дифференцировании изменений высоты и громкости тональных сигналов и большей возможностью различения пространственного положения источника звука.
Пространственная локализация источников звука осуществляется за счет:
а) разницы во времени прихода сигналов на правое и левое ухо. Разность в 30 – 40 мс создает впечатление смешения источника на 2 – 30 в сторону уха, в которое сигнал приходит раньше;
б) сдвига фазы сигналов, поступающих на разные уши. Бинауральная фазовая чувствительность наиболее выражена для f = 200 – 250 Гц, в сторону более высоких и более низких частот ухудшается, при 2000 – 3000 Гц практически отсутствует. Разность фаз 1800 соответствует смещению источника звука на 900;
в) разницы интенсивности сигналов, приходящих к правому и левому уху. Разница менее 1 фон создает впечатление отклонения источника звука от средней плоскости на 2 – 30 . Увеличение разницы усиливает эффект.
В определении направления на источник звука приf £ 1000 Гц преобладающую роль играет запаздывание и фазовый сдвиг сигнала, при f > 4000Гц разница в громкости, при 1000 < f < 4000 Гц работают оба механизма.
Влияние шума на разборчивость речи зависит от соотношения уровней шума и речи. Для удовлетворительного восприятия речи ее уровень должен превышать шум примерно на 6 дБ.
Существуют различные способы повышения в условиях шума разборчивости речи.
1. Зрительный контроль.
2. Применение шумозаглушек при уровне речи > 85 дБ. Однако при уровне > 95дБ те же заглушки снижают разборчивость.
3. Оптимальный выбор словаря, который должен содержать меньше сплошных речевых стимулов, учитывать акустические критерии, отдавать предпочтение привычным для определенного контингента лиц словам, не допускать включения нестандартных терминов и команд.
4. Выбор слов. В частности, длинные слова понимаются лучше, чем короткие. Наибольшей помехоустойчивостью к белому шуму обладают звуки Р, Л, М, Н, хуже Ш, Ч, П, наихудшей С, Ф, Ц, Т, Г. Слова с буквой И под ударением дают на 10 процентов лучшую разборчивость, чем с ударной А. Точнее опознаются слова с ударением на последнем слоге. Распознаваемость слов повышается, если они начинаются с гласных.
5. Для оптимизации строения фраз их объем не должен превышать 7 + 2 слов, не считая индексов и позывных. Наиболее значащие слова следует располагать в первой трети фразы. В разрешающих фразах, командах разрешение следует в конце, после содержания действия, в запрещающих – наоборот.
6. Выполнение специальных требований к диктору:
а) большая интенсивность речи;
б) большая продолжительность слогов;
в) повышенная вариативность звуковых высот;
г) значительная часть времени занята речевыми звуками, а не паузами;
д) повторение передачи должно иметь ту же структуру и слова, что и в предыдущем случае.
Оптимальным считается темп речи 60 – 80 слов в 1 мин с интервалом между словами 1 с, а допустимым – до 120 слов в 1 мин.
Кожный анализатор обеспечивает восприятие прикосновения (слабого давления), боли, тепла, холода и вибрации. Для каждого из этих ощущений (кроме вибрации) в коже имеются специфические рецепторы либо их роль выполняют свободные нервные окончания.
Каждый микроучасток кожи обладает наибольшей чувствительностью к тем раздражителям (сигналам), для которых на этом участке имеется наибольшая концентрация соответствующих рецепторов. Поэтому можно выделить на коже точки и участки с избирательной чувствительностью к прикосновению, боли, теплу, холоду. Плотность размещения таких точек для некоторых участков кожи приведем в следующей таблице.
Участок кожи
Число чувствительных точек на см2
болевые
осяза-
тельные
холодовые
тепловые
Лоб
Кончик носа
Тыл кисти
0,6
1,0
0,5
Воздействие в этих точках даже неспецифическим, но достаточно сильным раздражителем независимо от его характера вызывает специфическое ощущение, обусловленное типом рецептора. Например, интенсивный тепловой луч, попадая в точку боли, вызывает ощущение боли, а не тепла.
Чувствительность к прикосновению (тактильная) проявляется при деформации кожи под давлением внешнего воздействия. Ощущение возникает только в момент деформации, т.е. при движении раздражителя, и исчезает, как только скорость движения падает до нуля.
Приведем время адаптации к постоянному давлению в секундах.
Воздействие, мг
Участок кожи
Тыл кисти
лоб
2,42
6,71
9,52
5,07
10,43
16,03
Абсолютный порог чувствительности к силе раздражителя зависит от места его приложения, скорости движения, функционального состояния рецептора. Ощущение прикосновения возникает уже при деформации одного волоска. Порог раздражения самых чувствительных участков равен 50 мГ, а наименее чувствительных достигает 10 Г. При непосредственном воздействии на кожу порог измеряется в единицах давления (Па) и для различных частей тела равен:
Для кончика пальца…………………………………………….2,94 *104
Для живота………………………………………………………2,55*105
Для тыльной стороны кисти……………………………………1,18*105
Для плотных частей подошвы………………………………….2,45*106
Абсолютный порог пространственной чувствительности (разрешающая способность) в основном определяется плотностью рецепторов на том или ином участке кожной поверхности.
При последовательном воздействии одиночных раздражителей ошибка в локализации колеблется в пределах 2 – 8 мм.
При одновременном воздействии в двух точках пороги зависят от места приложения раздражителя.
Участок кожи Порог, мм
Кончик язык…………………………………………………………………….1
Тыльная часть ладони ………………………………………………………….31
Подошва ступни ………………………………………………………………..54
Подушечка пальцев рук ………………………………………………………..2 – 3
Частотный диапазон вибрационной чувствительности 5 – 12000 Гц.
Максимальная чувствительность наблюдается при f = 200 – 300 Гц. В этом случае пороговая амплитуда вибрации минимальна и равна 1 мкм. При больших и меньших частотах пороговая амплитуда увеличивается. Дифференциальный порог различения частоты вибрации составляет 5 – 10 процентов.
Кожная чувствительность к боли обусловлена воздействием на поверхность кожи механических, тепловых, химических, электрических и других раздражителей.
Болевой порог при механическом давлении на кожу измеряется в единицах давления и зависит от места измерений.
Участок поверхности Болевой порог, Па
Роговица …………………………………………………………….1,96*103
Живот……………………………………………………………… 1,47*105
Тыл кисти …………………………………………………………... 9,81*105
Подошва ……………………………………………………………. 1,96*106
Кончик пальца ………………………………………………………2,94*106
Пороговая плотность потока тепла, вызывающего болевое ощущение, 88 Дж/(м*с).
Восприятие кожей температурных воздействий зависит от ее собственной температуры.
Когда определенная часть кожи адаптируется (становится нечувствительной) к внешней температуре, говорят, что температура среды находится на физиологическом нуле, который для различных областей кожи может быть достигнут при температурах среды между 12 – 18 0С и 41 – 42 0С.
Общее число точек холода на всей поверхности тела около 250000, а тепла 30000.
Существуют различия в ощущениях при лучевом (радиационном) и контактном тепловом воздействии. При величине участков подвергающихся раздражению посредством радиации, менее 700 мм2(26,5 x 26,5мм2) ощущение тепла вообще не возникает. Когда радиация становится достаточно интенсивной, чтобы вызвать какое-либо ощущение, может возникнуть только ощущение боли. При контактном раздражении тепловое ощущение может быть вызвано стимулятором с площадью меньше или равной 1 мм2.
При непосредственном тепловом или холодовом воздействии на кожу, адаптированную к определенной температуре, дифференциальная чувствительность имеет значение порядка 0,1 – 0,2 0С (измерялась дифференциальная чувствительность кожи пальцев рук при адаптационной температуре t = 24 0С). После начального ощущения тепла через некоторое время происходит адаптация к новой температуре и ощущение исчезает. Длительность адаптации зависит от температуры.
Приложенная температура, 0С……………………… 45 30 205
Длительность ощущения тепла или холода, с……..152 31 72210
Для кожи, адаптированной к комнатной температуре 20 – 25 0С, порог ощущения горячего для разных индивидуумов находится в пределах 40 – 46 0С (средняя 42 – 43 0С), порог жгуче горячего – между 43 – 51 0С (средний 46 – 47 0С).
При отклонении температуры кожи от указанных выше номиналов возникают следующие ощущения:
- очень холодно при 290С; неприятно холодно при 300С; холодновато при 310С;
- чуть прохладно при 33 0С; нормально при 34 0С; жарковато при 35 0С; неприятно жарко при 36 0С; очень жарко при 37 0С.
Температуры кожи ниже 0 и выше 51 0С вызывает ощущение боли.
Абсолютную чувствительность вестибулярного анализатора характеризуют минимальными, т.е. пороговыми величинами воспринимаемых факторов.
- для углового ускорения порог 0,015 – 0,05 рад/с2;
- для прямолинейного 2 – 20 см/с2
При наклонах головы пороговая величина равна 10 при наклонах в сторону и 1,5 – 20 при наклонах вперед и назад.
Абсолютная чувствительность двигательного анализатора определяют по некоторым косвенным признакам. Самым чувствительным является плечевой сустав. Для него порог восприятия смещения при скорости 0,30 в секунду составляет 0,22 – 0,420. Наименее чувствительным оказался голеностопный сустав, у него порог составляет 1,15 – 1,300.
Обонятельный анализаторпредназначен для восприятия человеком различных запахов (их диапазон охватывает до 400 наименований). Рецепторы расположены на участке площадью около 2,5 см2 слизистой оболочки, покрывающей внутреннюю стенку верхней носовой раковины и соседнюю боковую стенку носовой перегородки.
Чувствительность обонятельного анализатора зависит от вида пахучего вещества, температуры, влажности, движения воздуха, длительности воздействия, концентрации вещества и других факторов. Пороги абсолютной чувствительности определяются концентрацией пахучего вещества во вдыхаемом воздухе.
Приведем пороговые концентрации для некоторых веществ, мг/м3:
Этиловый эфир ………………………. 5830
Хлороформ……………………………. 3300
Этилмеркаптан………………………...46
Этиловый спирт……………………….20
Ванилин………………………………..0,001
Наименьшие пороги наблюдаются при температуре 25 – 30 0С.
Адаптация обонятельного анализатора происходит сравнительно быстро. Время полной адаптации прямо пропорционально давлению паров пахучего вещества.
Дифференциальная чувствительность к интенсивности запаха относительно невысока. Среднее значение константы Вебера K = ΔI /I = 38 процентов; для различных веществ K меняется от 16 до 50 процентов.
Вкусовой анализаторобеспечивает различие вкуса веществ, попадающих в полость рта. Основные вкусовые ощущения: кислое (все кислоты), соленое (поваренная соль), горькое (хинин), сладкое (сахар). Эти четыре ощущения считают первичными, все остальные обусловлены их сочетаниями.
Приведем абсолютные пороги вкусовой чувствительности.
Вещество
Абсолютные пороги
Процентная концентрацияк объему воды
Сахароза
Хлористый натрий
Соляная кислота
Сернокислый хинин
7*10-1
2*10-1
7*10-3
3*10-5
Самая высокая вкусовая чувствительность оказывается при температуре вещества 37 0С.
Адаптация к вкусовому раздражителю пропорциональна концентрации его раствора. Восстановление вкусовой чувствительности после воздействия различных раздражителей идет примерно одинаково и заканчивается через 10 – 15 мин.
Дифференциальная чувствительность к интенсивности вкусового воздействия имеет среднее значение K = 0,2 (20 процентов) для всех вкусовых ощущений при средних интенсивностях раздражителей.
Приведенные выше характеристики анализаторов определены в условиях, когда каждый анализатор рассматривался изолированно, вне связи с другими системами и функциями организма ,то есть учитывались лишь те внешние условия, от которых непосредственно зависело функционирование того или иного конкретного анализатора и большей частью игнорировалось их воздействие на другие анализаторы и на состояние человека в целом. В действительности все анализаторы объединены и взаимосвязаны в рамках ЦНС человека, поэтому поступление сигнала или изменение функционального состояния отдельного анализатора или ЦНС в целом под влиянием внешних факторов приводит к изменению характеристик и других анализаторов. Характер этих изменений сложен, противоречив и изучен пока далеко недостаточно.
Световая чувствительность зрительного анализатора может изменяться под влиянием целого ряда факторов. Запах бергамотового масла ,толуола, нашатырного спирта, вкус сладкого, слабый вкус соленого и кислого, обдувание кожи лица, холод, легкая мышечная работа, удобное сидячее положение человека ведут к повышению чувствительности к периферическим сигналам. Громкие звуки, вкус горького, тепло, тяжелая мышечная работа, стоячее положение человека ,облучение кожи в видимой, ультрафиолетовой, рентгеновской области, понижение барометрического давления, голодание вызывают снижение чувствительности периферического зрения. Фовеальная чувствительность глаза повышается под влиянием громких звуков.
Функционирование разных анализаторов существенно изменяется под влиянием неблагоприятных для человека условий. Низкие и высокие температуры, вибрации, перегрузки, невесомость, слишком интенсивные потоки информации, ведущие к дефициту времени, и ее недостаток, утомление, вызванное длительной работой или неблагоприятными условиями, состояние стресса – все эти и многие другие факторы вызывают различные изменения характеристик анализаторов.