Страница:
Вот эта-то "парность" органов приема и передачи информации придает им исключительную важность. "Там, где была речь, все совершалось, все познавалось... Поистине не понимают того, кто мыслит мыслью (но не говорит)" -- писали еще брахманы в древней Индии, этой, по выражению Маркса, "колыбели наших языков". И не потому ли мудрый Монтень в главе своих "Опытов", названной им "Об искусстве собеседования", высказался так; "Самое плодотворное и естественное упражнение нашего ума, по-моему, беседа... Вот почему если бы меня принудили немедленно сделать выбор, я, наверное, предпочел бы скорее потерять зрение, чем слух и речь".
Мудрому достоин вторить лишь также мудрец. Один из великих материалистов древности Гераклит, констатировавший, между прочим, что... "глаза -- более точные свидетели, чем уши", закончил свое рассуждение словами: "Я предпочитаю то, что можно увидеть, услышать и изучить". Следует полагать, что техническая психология -- наука, которая сейчас еще только зарождается, со временем в результате сложнейших исследований подтвердит интуитивный вывод Гераклита, и вопрос о предпочтительности того или иного органа чувств будет в значительной степени заменен признанием их взаимодополняемости.
ЕЩЕ НЕМНОГО О СЛУХЕ
Некоторые из российские поэтов-футуристов в начале века утверждали, что в придуманных ими, в сущности, нелепых словах "дыр, бул, щир" больше содержания, чем во всех созданных ранее кем-либо стихотворениях
Но, быть может, сочетания подобных бессмысленных слогов могут все же послужить если не поэзии, то науке?
Описанное ранее относилось главным образом к оценке слуховым аппаратом громкости разнообразных звуков. Но еще в 30-х годах нашего века ученые-акустики Лэйрд и Койе заметили, что ощущение громкости, в общем, не соответствует утомляющему, травмирующему действию звуков и шумов. Если ощущение громкости достигает максимума где-то в районе от 1 до 3--5 килогерц, то действие звука на нервную систему тем больше, чем выше его частота (вплоть до границы ультразвука). Так родились первые "кривые равной неприятности" звуков. Эти кривые монотонно спадают с частотой, то есть чем выше частота звука, тем меньший звуковой уровень требуется для создания равного по силе раздражающего действия на человека (вид нескольких таких кривых приведен далее -- в главе об инфразвуке). Если же говорить о полном массиве этих кривых в сравнении с изображенным ранее островом слышимости, то можно сказать, что "остров неприятности" будет иметь широкий и отчетливо выраженный мыс в юго-западной, то есть правой нижней части.
Эти-то кривые и послужили основой для создания действующих ныне международных нормативов по допустимым звукам различной частоты, силы и продолжительности.
Мы еще поговорим о шумовой атаке на человека созданных им в XX веке машин. Здесь упомянем лишь о раздражающем эффекте звуков физиологического, главным образом речевого происхождения: громкой речи, криков детей и т. п. Особенно сильно действует иногда невнятная отдаленная речь, смысл которой бессознательно, автоматически пытаются распознать соответствующие центры в мозгу человека. Подобные воздействия, относящиеся к компетенции психоакустики, пока еще не оцениваются количественно.
Маскировка звуков. Это также очень интересное явление, связанное со слуховым аппаратом. Если оперировать формулировкой из учебника по акустике, то можно сказать, что маскировкой называется уменьшение способности слушателя воспринимать один звук в присутствии другого. При этом первый звук называют маскируемым, а второй маскирующим. Эффект маскировки может быть отображен повышением порога чувствительности уха по отношению к маскируемому звуку, то есть понижением чувствительности слуха на частоте (или частотах) маскируемого звука.
Нельзя сказать, что маскировка звуков -- открытие физиологической акустики наших дней. О ней говорилось еще... в древнегреческих мифах.
Наибольшим маскирующим действием по отношению к звуку I обладает более мощный звук II той же частоты.
Сравнительно мощный звук II, частота которого несколько ниже частоты звука I, обладает еще достаточно сильным маскирующим действием.
Звук II, частота которого выше частоты маскируемого звука I, обладает сравнительно малым маскирующим действием.
Бог богов Кронос (Крон), как известно, был склонен к такому странному занятию, как глотание собственных детей. Эта незавидная участь грозила и кронову последышу -- будущему великому Зевсу. Но находчивая мать Зевса Рея дала Крону проглотить завернутый в пеленки камень, а младенца упрятала в пещеру на Крите. Когда ребенок плакал, то воины, чтобы заглушить его плач, ударяли камнями по своим щитам -- маскировка, поистине, отличная.
В наше время этому явлению посвящен целый ряд исследований. Изучалась маскировка:
чистого тона чистым тоном различной частоты,
чистого тона шумом,
речи чистыми тонами,
речи монотонным шумом,
речи импульсными звуками и т. п.
Наиболее отчетливые закономерности получены для случая маскировки чистого тона другими, отдельно взятыми чистыми тонами различной частоты. Как и следует ожидать, наибольший маскирующий эффект имеет место при совпадении частот маскируемого и маскирующего звуков. Если уровень маскирующего звука в достаточной мере превышает уровень маскируемого, то последний полностью подавляется первым.
Попробуем отнести частоту маскирующего звука от частоты маскируемого, скажем, вверх на определенный интервал, например, на 200--300 герц. Маскирующее действие резко упало, и стал отчетливо прослушиваться первичный тон. А теперь переместим частоту маскирующего тона на такой же интервал ниже маскируемого. Мы вправе как будто ожидать, что маскируемый тон проявится столь же отчетливо. Но что это? Он слышен теперь значительно слабее, чем тогда, когда действовал маскирующий тон, лежащий на шкале частот выше маскируемого.
Итак, выявляется еще одно интересное свойство слухового аппарата человека, которое едва ли можно было предвидеть: низкочастотные тона обладают большим маскирующим эффектом, чем высокочастотные. Найдено и физиологическое объяснение этому явлению: причина кроется в нелинейности восприятия звуков слуховым аппаратом. Как известно из радиотехники, при нелинейной характеристике чувствительности какого-либо аппарата или тракта в нем кроме основного воздействующего тона возникает ряд обертонов, т. е. составляющих более высоких частот. Частота одного из этих обертонов может располагаться близко к частоте маскируемого звука или даже совпадать с ней, что и обусловливает значительную маскировку низкочастотными тонами.
Интенсивность обертонов в нелинейной системе возрастает с увеличением интенсивности основного тона. Поэтому мощные звуки, хотя бы и с частотами ниже частоты полезного сигнала, будут обладать особенно сильным маскирующим действием.
А теперь -- волнующий корабелов, да и других транспортников вопрос о маскировании речи шумом. Сколько команд, сколько донесений оказались в нужный момент непонятыми из-за шума! Можно себе представить, чем это было или могло быть чревато, особенно в сложных морских условиях.
Для определения разборчивости (или, по-иному, артикуляции) речи в условиях помех (либо при наличии искажений в звуковоспроизводящем электроакустическом тракте) пользуются артикуляционными таблицами. Заметим, что различают слоговую, словесную и фразовую артикуляцию. Проще всего определять с помощью подопытных лиц слоговую артикуляцию. Разумеется, это происходит в лаборатории, где искусственно воссоздаются акустические условия, отвечающие будущим натурным условиям.
Слоговые артикуляционные испытательные таблицы состоят из 50 слогов, большей частью искусственных и потому распознаваемых с большим трудом, чем известные, привычные слоги.
Вот первые два столбца одной из артикуляционных таблиц, входящих в отечественный ГОСТ:
няк
пуль
мюф
зош
фсен
ряй
ек
стял
вох
жоф
Тут впору вспомнить наш эпиграф. Если футуристы считали крупным вкладом в стихотворчество три бессмысленных слога, то входящие в ГОСТ 50 артикуляционных таблиц по пятидесяти слогов каждая -- это уже целый "катехизис поэзии"! А между тем артикуляционным таблицам не нашлось лучшего применения, как лежать на столе диктора, монотонно читающего слоги и следящего за тем, чтобы испытуемые лица не переговаривались и не засыпали.
Число правильно понятых слогов таблицы, усредненное по всем испытуемым, представляет собой процент слоговой артикуляции, с помощью которой по соответствующим кривым можно определить артикуляцию фраз. Так, при слоговой артикуляции 40-- 50% число правильно понятых фраз достигает 90% (вот роль смыслового фактора!). При слоговой артикуляции 70% процент правильно понятых фраз близок к 100, причем смысл фраз улавливается почти без напряжения.
Специалисты по физиологической акустике подметили, что для разборчивой речи наиболее важна полоса частот, близкая к области максимальной чувствительности слуха. Максимальные звуковые уровни в спектре женской речи ближе к этой частотной полосе, чем в спектре мужской речи. Поэтому голос женщины-диктора, особенно в условиях низкочастотных помех, может быть несколько более разборчивым, чем голос диктора-мужчины. И естественно, что тот же женский голос, который иногда похож на сладостную трель соловья, может, как более высокочастотный, оказывать при некоторых условиях и более сильное раздражающее действие, чем мужской баритон. Очевидно, тут уже действуют не только или даже не столько факторы физиологической акустики, сколько обычные житейские категории.
Можно было бы еще много говорить об удивительном аппарате слухового восприятия: о том, как благодаря бинауральному эффекту двух ушей определяют со значительной точностью направление на источник звука; о разрешающей способности слуха к восприятию двух близких по частоте или интенсивности звуков; об интереснейшем устройстве самого слухового аппарата человека и т. п. Но это вышло бы за рамки нашего краткого повествования об удивительном мире звука.
Так что же, неужели у уха совсем нет недостатков? Есть, конечно; упомянем лишь один из них. Он связан все с той же громкостью звуков. Диапазон воспринимаемых слуховым аппаратом громкостей, как мы видели, весьма велик. Но вот в области сравнения громкостей двух даже раздельно создаваемых звуков ухо не столь уж совершенно.
Почти каждый человек может сказать, что такой-то звук вдвое или, скажем, втрое громче другого. Установить на слух пяти-шестикратную разницу в громкости двух, хотя бы однородных звуков могут лишь немногие. При большем различии громкостей субъективно сравниваемых звуков пасуют и эти немногие.
УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР ЗВУКА
ПРЕВРАЩАЕТСЯ В УГРОЖАЮЩИЙ МИР ЗВУКА
...Спит, убаюканная ленью Людской врагини -- тишины.
А. Блок
Тишины хочу, тишины. Нервы, что ли, обожжены?
А. Вознесенский
Который же из поэтов прав в этом заочном споре? Оба. Да оба, потому что стихотворение Блока относится к времени, когда человек жил среди полей и глухих лесов, вопль же Вознесенского характерен для современного "машинизированного" образа жизни. Впрочем, вредное влияние шума отмечалось еще в древности Ювеналом и Лукрецием Каром.
Раздражают человека производственные шумы, различные бытовые шумы, но, пожалуй, шумовое лидерство в наше время принадлежит транспорту. Проведенное в Каспийском пароходстве медицинское обследование личного состава судов показало, что среди персонала машинных команд 70% страдают теми или иными нарушениями нервной, сердечно-сосудистой и иных систем. У палубных команд процент травматизма был гораздо меньше.
Конечно, не последнюю роль в травматизме играют такие факторы, как вредные испарения, высокая температура, но субъективные жалобы на шум и вибрацию стояли на первом месте.
Корабли будущего -- суда на воздушной подушке. Здесь мощнейшими источниками шума являются вентиляторы, нагнетающие воздух в "юбку" судна, и воздушные винты, приводящие суда в движение. Английский акустик Трилло опубликовал в "Журнале звука и вибрации" шумовые диаграммы судов на воздушной подушке, совершающих регулярные рейсы между городами Портсмутом и Райдом.
Диаграммы имеют вид концентрических кругов с уровнями звука до 100 децибел. Судно тащит с собой эти "круги шумового ада", и жители прибрежных селений задолго узнают о приближении судна.
Прибрежные селения. А что же творится на самом судне! Конечно, меры по звукоизоляции принимаются, но полностью избавиться от шума все же не удается.
Авиация будущего. Каждый школьник скажет, что это -- сверхзвуковые самолеты, которые сэкономят человеку миллиарды человеко-часов, ускорят перевозку грузов. Все это, конечно, так, но... Сотрудники ЮНЕСКО попробовали представить, что произойдет, если все пассажирские линии Западной Европы будут обслуживаться сверхзвуковыми самолетами. При переходе звукового барьера у корпуса самолета образуется мощная звуковая волна, конусом расходящаяся в стороны на расстояния в несколько десятков километров. Интенсивность ее настолько велика, что существует даже патент (американский), согласно которому эта волна используется (на близком расстоянии) для разрушения легких зданий.
Масштабы старушки Европы не столь уж громадны, и если сверхзвуковая авиация действительна утвердится повсеместно, то почти в любой точке Европейского континента каждый житель хоть раз в день подвергнется действию звукового удара.
Перспектива, конечно, не из веселых. Но в нашито дни дело до этого еще не дошло, не так ли?
Однако что это за демонстрация движется по улицам Парижа? Впереди люди с широкими муаровыми лентами через плечо. Это -- мэры нескольких парижских округов, прилегающих к аэродрому Орли. На транспарантах демонстрантов -призывы: "Избавьте нас от шума", "Дайте спать!", "Тишину в школы!"
Разумеется, парижане не одиноки в своих жалобах на авиационные шумы. Например, педагоги ряда школ Лос-Анджелеса заявили, что они принуждены прерывать учебный процесс один раз в две минуты -- во время, когда пролетает самолет.
Перенесемся на момент на другой континент. Фешенебельный пляж Копакабана в Рио-де-Жанейро, неоднократно воспетый в книгах, изображенный в кинофильмах. Мимо пляжа проходит городская автотрасса. Когда-то на нем могли слышать.. шум моря. А теперь? "Прощай, Копакабана", читаем в газетной корреспонденции, на смену райскому уголку пришла грохочущая преисподняя. Непрекращающийся рев моторов и автомобильные гудки доводят уровень шума до 85 децибелов и более. Один врач на конгрессе в том же Рио-де-Жанейро заявил: "Если так будет продолжаться, -- к 2000 году мы все оглохнем". И все это -только от легковых автомобилей.
.. Наш друг автомобиль. Так ласково именуют автомашину в книгах по туристским поездкам.
Но если друзей слишком много? Уже сейчас на Садовом кольце в Москве шум в квартирах при открытых окнах (или даже форточках) превышает допустимые нормы, хотя здесь движутся лишь легковые автомобили.
Что же тогда говорить о машинах грузоподъемностью 10, 20, 30 тонн, автомотрисах с моторами мощностью в 300--500 лошадиных сил, автопоездах? Водители этих автомастодонтов и жители селений, через которые они проезжают, находятся под воздействием очень мощных шумов.
Да что машины-мастодонты! Возьмем так называемую "малую" механизацию. В Ленинграде во многих жилищных хозяйствах применяются небольшие развозные тележки с маленьким, но необычайно трескучим мотором. "Механизация малая, а шум большой",-- говорят горожане, когда мимо них проползает это приземистое желто-красное сооружение.
Но довольно о шумах, которые замечают все. Поговорим о безобидных как будто бы "шумиках". Доля интеллектуального труда до мере прогресса человечества непрерывно возрастает, и вот тут-то начинают заявлять о себе "невинные" шумы. Наиболее рельефно это проявляется при творческой работе.
Сын Льва Николаевича Толстого Сергей Львович писал в воспоминаниях об отце: "Когда он работал, к нему никто не смел входить, даже моя мать! Ему нужна была полная тишина и уверенность в том, что никто не прервет его занятий. Даже в соседнюю комнату можно было входить только тихо и осторожно".
Гейне не мог работать даже при незначительном шуме. Перед тем как приступить к работе, он закупоривал все окна и двери.
Из письма Чайковского к Н. фон Мекк: "...Никакого шума я буквально переносить не могу; а вчера во Флоренции, и сегодня здесь каждый проезжающий экипаж раздражает меня и приводит в состояние бешенства. Каждый крик, каждый звук раздражает мне нервы" (Рим, 19 ноября 1877).
"Гений и злодейство -- две вещи несовместные",-- мы склонны верить утверждению поэта, хотя прямых доказательств этого положения как будто нет. Но что гений и шум несовместимы -- тому доказательств множество, и мы привели лишь малую их часть.
Отдых, сон... Может быть, здесь шумы не так важны? Упомянем такой эпизод. Как известно, выдающийся путешественник-полярник Ф. Нансен предпринял попытку достичь Северного полюса с судна "Фрам", затертого льдами. К полюсу пошли пешком двое. У них был общий спальный мешок, чтобы можно было согревать друг друга во время сна. При первой же ночевке Нансен убедился, что его спутник... храпит. Смертельно усталый, Нансен все же не мог спать ни в первую, ни во вторую ночь и потребовал разрезать спальный мешок на два.
А теперь -- о домашнем отдыхе горожанина. На одном из Международных конгрессов по акустике известный голландский ученый Ван ден Эйк выступил с докладом "Радио моих соседей". Докладчик показывал спектрограммы и уровни звука в обычной квартире при работе громкоговорителей в соседней квартире. Эти данные не явились откровением для собравшихся, но определенный интерес доклад вызвал.
Акустические конгрессы проводятся раз в три года. В программе следующего конгресса фигурировало название очередного доклада того же Ван ден Эйка: "Телевидение моих соседей". Отдельные участники склонны были видеть в подобном повторении своего рода манию, но большинство правильно оценило важность настойчиво поднимаемого докладчиком вопроса о вредности бытовых шумов.
Проходит еще несколько лет. И ...опять доклад Ван ден Эйка: "Шаги моих соседей". (Интересно, о чем доложит голландец на очередном конгрессе. Не уподобится ли он Нансену и не выступит ли с докладом "Храп моих соседей"?)
Шутки шутками, но, например, в Швейцарии хлопнуть дверью автомобиля считается уже значительным нарушением общественной дисциплины.
Некоторые полагают, что значение квартирных шумов в наше время возросло в связи с внедрением стандартных облегченных строительных конструкций. Но вот две выдержки из "акустического" рассказа А. П. Чехова "Дома". "...Был четвертый час вечера. Наверху, за потолком, во втором этаже кто-то ходил из угла в угол, а еще выше, на третьем этаже, четыре руки играли гаммы". А в конце рассказа читаем: "За потолком не слышались уже гаммы, но обитатель второго этажа все еще шагал из угла в угол".
Так что Ван-ден-Эйковы "Шаги моих соседей"-- отнюдь не навязчивая идея.
Как только не именуют шум: "бич нашего времени", "невидимый враг", "шлаки цивилизации". Но, пожалуй, наиболее ярко и сильно характеризовал шум виднейший датский акустик Ф. Ингерслев одним словом: "яд".
Да простит читатель многократное возвращение к Международным конгрессам, но нельзя не вспомнить о большой выставке, проходившей под девизом "Меньше шума!" в Штутгарте. Громадный плакат у входа на выставку гласил: "Когда-нибудь человечество принуждено будет расправляться с шумом так же, как оно расправляется с холерой и чумой". И подпись: Р. Кох.
Кох, открывший возбудителя не только туберкулеза, но и холеры, знал, о чем говорит. Время, о котором он упоминал, наступило. "Тишины хочу, тишины!" -- этот вопль современного человека звучит громче самых громких шумов.
Воздадим же хвалу сиплому, такому немощному - и даже чуть комичному свисту, который издает теперь пригородная электричка, подъезжая к очередной станции. Этот тихий свисток -- один из провозвестников неизбежной борьбы с усилившимся акустическим загрязнением окружающей среды -- пришел на смену зычным гудкам, от которых вздрагивал не один житель в домах вблизи железных дорог.
Итак, разработка мер борьбы с шумом становится первоочередным делом.
"СПАСИТЕ НАШИ УШИ!"
Шум -- это отходы цивилизации. Так сведем же эти отходы к минимуму!
Плакат на Всесоюзном совещании по звукоизоляции в Ленинграде, 1974 г.
В заголовке -- начало текста телеграммы, которую послали в одно из ведомственных управлений несколько отпускников, совершавших поездку на комфортабельном, в общем, теплоходе. (У телеграммы была и вторая часть: "...а души мы сами спасем", но это уже не имеет отношения к предмету нашего повествования.)
Впору теперь поговорить о том, какие же меры защиты от шума и вибрации применяются в практике. Нельзя сказать, что ранее не пытались бороться с вредными звуками. Но у нас, свидетелей и участников научно-технической революции, те, прежние меры могут лишь вызвать невольную улыбку. Так, в Англии еще в стародавние времена был издан королевский указ, запрещавший бить жен в ночное время. В Древнем Риме выстилали соломой булыжную мостовую перед домом больного патриция. Екатерина II отменила в столице сигналы -механические свистки, устанавливавшиеся на некоторых экипажах. Впрочем, об одной мере по охране окружающей среды от "акустического загрязнения" и сейчас нельзя говорить без уважения. Естествоведы довольно давно установили, что рыба боится пароходных шумов, и в нижнем течении Урала было запрещено пароходное сообщение, чтобы не пугать ценные породы рыб, идущих на нерест.
Сейчас человечество располагает по крайней мере четырьмя "эшелонами" шумо- и виброзащитных средств. Авангард противошумовой борьбы -- воздействие на источник колебаний, уменьшение возмущающих сил, возникающих при работе механизмов, машин, устройств.
Возьмем, к примеру, дизельный двигатель. Интенсивный шум здесь возникает от вспышки в цилиндрах. Ученые ФРГ разработали так называемый М-процесс, при котором сгорание топлива в головке цилиндра растянуто во времени. Мощность двигателя от этого теряется лишь в небольшой степени, а шум становится гораздо слабее. Ясно также, что если, скажем, насос работает в докавитационном режиме, то шум его будет меньше, чем у кавитирующего насоса. Вообще, воздействуя на характер и параметры рабочего процесса машин, можно в ряде случаев заметно снизить их шум и вибрацию.
Фундаментальная монография по борьбе с шумом и вибрацией машин создана М. Крокером (США). В нашей стране ряд физических задач, связанных с обесшумливанием машин различных назначений, решен М. Д. Генкиным, Г. А. Хорошевым, Е. Я. Юдиным и другими.
Вторая и третья линии защиты от вредных шумов и вибрации схожи друг с другом. Это физические методы и приемы, о которых упоминалось раньше: звукоизоляция, звукопоглощение, виброизоляция, вибропоглощение, рассогласование механических или акустических сопротивлений. Отличает эти "защитные линии", по существу, лишь их расположение относительно источника шума и вибрации. Вторая линия непосредственно примыкает к источнику. Это -разнообразные глушители шума, звукоизолирующие кожухи и капоты вокруг механизмов, амортизаторы под лапами и рамами механизмов, вибропоглощающие средства на интенсивно вибрирующих частях механизмов, их рамах, фундаментах.
Порой средства шумозащиты из второго эшелона принимают весьма оригинальный, почти экзотический характер. Например, в Ростовском инженерно-строительном институте для заглушения шума некоторых станков применили слои... мыльной пены, наносимой на излучающие звук поверхности. Аналогичные исследования, проведенные во Франции, показали, что основной эффект звукозаглушения обусловливается при этом резонансным поглощением звука в пузырьках, имеющихся в пене. Только французские акустики применили этот способ для заглушения не станков, а ракетных двигателей. Работники акустической лаборатории Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта разработали много разнообразных средств для заглушения шума путевых и строительно-дорожных машин, в результате чего шумность этих машин была снижена в несколько раз.
Мирная и романтическая некогда профессия мельника Мелодичное журчание воды, спокойный шорох жерновов... Нынешний мельник, чтобы спасти слух и нервную систему от шума мельничной машины, принужден пользоваться противошумовыми наушниками. Еще одна корректива романтики техникой.
Третий эшелон шумозащитных средств. Это -- звукозащитные экраны и выгородки на определенном расстоянии от источника шума, звукоизолирующие ограждения -- стены, переборки, полы, виброизолирующие крепления целых помещений ("плавающие" каюты на судах).
Стоимость мероприятий по шумо- и виброзащите на судах довольно велика; на советско-шведском симпозиуме по судовой акустике в 1976 году шведские специалисты сообщили, что она может составлять 10--15% стоимости всего судна. Известен случай, когда построенный в ФРГ турбоход не был принят заказчиком из-за его чрезмерной шумности, и по истечении двух лет судно было продано за две трети его строительной стоимости.
Мудрому достоин вторить лишь также мудрец. Один из великих материалистов древности Гераклит, констатировавший, между прочим, что... "глаза -- более точные свидетели, чем уши", закончил свое рассуждение словами: "Я предпочитаю то, что можно увидеть, услышать и изучить". Следует полагать, что техническая психология -- наука, которая сейчас еще только зарождается, со временем в результате сложнейших исследований подтвердит интуитивный вывод Гераклита, и вопрос о предпочтительности того или иного органа чувств будет в значительной степени заменен признанием их взаимодополняемости.
ЕЩЕ НЕМНОГО О СЛУХЕ
Некоторые из российские поэтов-футуристов в начале века утверждали, что в придуманных ими, в сущности, нелепых словах "дыр, бул, щир" больше содержания, чем во всех созданных ранее кем-либо стихотворениях
Но, быть может, сочетания подобных бессмысленных слогов могут все же послужить если не поэзии, то науке?
Описанное ранее относилось главным образом к оценке слуховым аппаратом громкости разнообразных звуков. Но еще в 30-х годах нашего века ученые-акустики Лэйрд и Койе заметили, что ощущение громкости, в общем, не соответствует утомляющему, травмирующему действию звуков и шумов. Если ощущение громкости достигает максимума где-то в районе от 1 до 3--5 килогерц, то действие звука на нервную систему тем больше, чем выше его частота (вплоть до границы ультразвука). Так родились первые "кривые равной неприятности" звуков. Эти кривые монотонно спадают с частотой, то есть чем выше частота звука, тем меньший звуковой уровень требуется для создания равного по силе раздражающего действия на человека (вид нескольких таких кривых приведен далее -- в главе об инфразвуке). Если же говорить о полном массиве этих кривых в сравнении с изображенным ранее островом слышимости, то можно сказать, что "остров неприятности" будет иметь широкий и отчетливо выраженный мыс в юго-западной, то есть правой нижней части.
Эти-то кривые и послужили основой для создания действующих ныне международных нормативов по допустимым звукам различной частоты, силы и продолжительности.
Мы еще поговорим о шумовой атаке на человека созданных им в XX веке машин. Здесь упомянем лишь о раздражающем эффекте звуков физиологического, главным образом речевого происхождения: громкой речи, криков детей и т. п. Особенно сильно действует иногда невнятная отдаленная речь, смысл которой бессознательно, автоматически пытаются распознать соответствующие центры в мозгу человека. Подобные воздействия, относящиеся к компетенции психоакустики, пока еще не оцениваются количественно.
Маскировка звуков. Это также очень интересное явление, связанное со слуховым аппаратом. Если оперировать формулировкой из учебника по акустике, то можно сказать, что маскировкой называется уменьшение способности слушателя воспринимать один звук в присутствии другого. При этом первый звук называют маскируемым, а второй маскирующим. Эффект маскировки может быть отображен повышением порога чувствительности уха по отношению к маскируемому звуку, то есть понижением чувствительности слуха на частоте (или частотах) маскируемого звука.
Нельзя сказать, что маскировка звуков -- открытие физиологической акустики наших дней. О ней говорилось еще... в древнегреческих мифах.
Наибольшим маскирующим действием по отношению к звуку I обладает более мощный звук II той же частоты.
Сравнительно мощный звук II, частота которого несколько ниже частоты звука I, обладает еще достаточно сильным маскирующим действием.
Звук II, частота которого выше частоты маскируемого звука I, обладает сравнительно малым маскирующим действием.
Бог богов Кронос (Крон), как известно, был склонен к такому странному занятию, как глотание собственных детей. Эта незавидная участь грозила и кронову последышу -- будущему великому Зевсу. Но находчивая мать Зевса Рея дала Крону проглотить завернутый в пеленки камень, а младенца упрятала в пещеру на Крите. Когда ребенок плакал, то воины, чтобы заглушить его плач, ударяли камнями по своим щитам -- маскировка, поистине, отличная.
В наше время этому явлению посвящен целый ряд исследований. Изучалась маскировка:
чистого тона чистым тоном различной частоты,
чистого тона шумом,
речи чистыми тонами,
речи монотонным шумом,
речи импульсными звуками и т. п.
Наиболее отчетливые закономерности получены для случая маскировки чистого тона другими, отдельно взятыми чистыми тонами различной частоты. Как и следует ожидать, наибольший маскирующий эффект имеет место при совпадении частот маскируемого и маскирующего звуков. Если уровень маскирующего звука в достаточной мере превышает уровень маскируемого, то последний полностью подавляется первым.
Попробуем отнести частоту маскирующего звука от частоты маскируемого, скажем, вверх на определенный интервал, например, на 200--300 герц. Маскирующее действие резко упало, и стал отчетливо прослушиваться первичный тон. А теперь переместим частоту маскирующего тона на такой же интервал ниже маскируемого. Мы вправе как будто ожидать, что маскируемый тон проявится столь же отчетливо. Но что это? Он слышен теперь значительно слабее, чем тогда, когда действовал маскирующий тон, лежащий на шкале частот выше маскируемого.
Итак, выявляется еще одно интересное свойство слухового аппарата человека, которое едва ли можно было предвидеть: низкочастотные тона обладают большим маскирующим эффектом, чем высокочастотные. Найдено и физиологическое объяснение этому явлению: причина кроется в нелинейности восприятия звуков слуховым аппаратом. Как известно из радиотехники, при нелинейной характеристике чувствительности какого-либо аппарата или тракта в нем кроме основного воздействующего тона возникает ряд обертонов, т. е. составляющих более высоких частот. Частота одного из этих обертонов может располагаться близко к частоте маскируемого звука или даже совпадать с ней, что и обусловливает значительную маскировку низкочастотными тонами.
Интенсивность обертонов в нелинейной системе возрастает с увеличением интенсивности основного тона. Поэтому мощные звуки, хотя бы и с частотами ниже частоты полезного сигнала, будут обладать особенно сильным маскирующим действием.
А теперь -- волнующий корабелов, да и других транспортников вопрос о маскировании речи шумом. Сколько команд, сколько донесений оказались в нужный момент непонятыми из-за шума! Можно себе представить, чем это было или могло быть чревато, особенно в сложных морских условиях.
Для определения разборчивости (или, по-иному, артикуляции) речи в условиях помех (либо при наличии искажений в звуковоспроизводящем электроакустическом тракте) пользуются артикуляционными таблицами. Заметим, что различают слоговую, словесную и фразовую артикуляцию. Проще всего определять с помощью подопытных лиц слоговую артикуляцию. Разумеется, это происходит в лаборатории, где искусственно воссоздаются акустические условия, отвечающие будущим натурным условиям.
Слоговые артикуляционные испытательные таблицы состоят из 50 слогов, большей частью искусственных и потому распознаваемых с большим трудом, чем известные, привычные слоги.
Вот первые два столбца одной из артикуляционных таблиц, входящих в отечественный ГОСТ:
няк
пуль
мюф
зош
фсен
ряй
ек
стял
вох
жоф
Тут впору вспомнить наш эпиграф. Если футуристы считали крупным вкладом в стихотворчество три бессмысленных слога, то входящие в ГОСТ 50 артикуляционных таблиц по пятидесяти слогов каждая -- это уже целый "катехизис поэзии"! А между тем артикуляционным таблицам не нашлось лучшего применения, как лежать на столе диктора, монотонно читающего слоги и следящего за тем, чтобы испытуемые лица не переговаривались и не засыпали.
Число правильно понятых слогов таблицы, усредненное по всем испытуемым, представляет собой процент слоговой артикуляции, с помощью которой по соответствующим кривым можно определить артикуляцию фраз. Так, при слоговой артикуляции 40-- 50% число правильно понятых фраз достигает 90% (вот роль смыслового фактора!). При слоговой артикуляции 70% процент правильно понятых фраз близок к 100, причем смысл фраз улавливается почти без напряжения.
Специалисты по физиологической акустике подметили, что для разборчивой речи наиболее важна полоса частот, близкая к области максимальной чувствительности слуха. Максимальные звуковые уровни в спектре женской речи ближе к этой частотной полосе, чем в спектре мужской речи. Поэтому голос женщины-диктора, особенно в условиях низкочастотных помех, может быть несколько более разборчивым, чем голос диктора-мужчины. И естественно, что тот же женский голос, который иногда похож на сладостную трель соловья, может, как более высокочастотный, оказывать при некоторых условиях и более сильное раздражающее действие, чем мужской баритон. Очевидно, тут уже действуют не только или даже не столько факторы физиологической акустики, сколько обычные житейские категории.
Можно было бы еще много говорить об удивительном аппарате слухового восприятия: о том, как благодаря бинауральному эффекту двух ушей определяют со значительной точностью направление на источник звука; о разрешающей способности слуха к восприятию двух близких по частоте или интенсивности звуков; об интереснейшем устройстве самого слухового аппарата человека и т. п. Но это вышло бы за рамки нашего краткого повествования об удивительном мире звука.
Так что же, неужели у уха совсем нет недостатков? Есть, конечно; упомянем лишь один из них. Он связан все с той же громкостью звуков. Диапазон воспринимаемых слуховым аппаратом громкостей, как мы видели, весьма велик. Но вот в области сравнения громкостей двух даже раздельно создаваемых звуков ухо не столь уж совершенно.
Почти каждый человек может сказать, что такой-то звук вдвое или, скажем, втрое громче другого. Установить на слух пяти-шестикратную разницу в громкости двух, хотя бы однородных звуков могут лишь немногие. При большем различии громкостей субъективно сравниваемых звуков пасуют и эти немногие.
УДИВИТЕЛЬНЫЙ МИР ЗВУКА
ПРЕВРАЩАЕТСЯ В УГРОЖАЮЩИЙ МИР ЗВУКА
...Спит, убаюканная ленью Людской врагини -- тишины.
А. Блок
Тишины хочу, тишины. Нервы, что ли, обожжены?
А. Вознесенский
Который же из поэтов прав в этом заочном споре? Оба. Да оба, потому что стихотворение Блока относится к времени, когда человек жил среди полей и глухих лесов, вопль же Вознесенского характерен для современного "машинизированного" образа жизни. Впрочем, вредное влияние шума отмечалось еще в древности Ювеналом и Лукрецием Каром.
Раздражают человека производственные шумы, различные бытовые шумы, но, пожалуй, шумовое лидерство в наше время принадлежит транспорту. Проведенное в Каспийском пароходстве медицинское обследование личного состава судов показало, что среди персонала машинных команд 70% страдают теми или иными нарушениями нервной, сердечно-сосудистой и иных систем. У палубных команд процент травматизма был гораздо меньше.
Конечно, не последнюю роль в травматизме играют такие факторы, как вредные испарения, высокая температура, но субъективные жалобы на шум и вибрацию стояли на первом месте.
Корабли будущего -- суда на воздушной подушке. Здесь мощнейшими источниками шума являются вентиляторы, нагнетающие воздух в "юбку" судна, и воздушные винты, приводящие суда в движение. Английский акустик Трилло опубликовал в "Журнале звука и вибрации" шумовые диаграммы судов на воздушной подушке, совершающих регулярные рейсы между городами Портсмутом и Райдом.
Диаграммы имеют вид концентрических кругов с уровнями звука до 100 децибел. Судно тащит с собой эти "круги шумового ада", и жители прибрежных селений задолго узнают о приближении судна.
Прибрежные селения. А что же творится на самом судне! Конечно, меры по звукоизоляции принимаются, но полностью избавиться от шума все же не удается.
Авиация будущего. Каждый школьник скажет, что это -- сверхзвуковые самолеты, которые сэкономят человеку миллиарды человеко-часов, ускорят перевозку грузов. Все это, конечно, так, но... Сотрудники ЮНЕСКО попробовали представить, что произойдет, если все пассажирские линии Западной Европы будут обслуживаться сверхзвуковыми самолетами. При переходе звукового барьера у корпуса самолета образуется мощная звуковая волна, конусом расходящаяся в стороны на расстояния в несколько десятков километров. Интенсивность ее настолько велика, что существует даже патент (американский), согласно которому эта волна используется (на близком расстоянии) для разрушения легких зданий.
Масштабы старушки Европы не столь уж громадны, и если сверхзвуковая авиация действительна утвердится повсеместно, то почти в любой точке Европейского континента каждый житель хоть раз в день подвергнется действию звукового удара.
Перспектива, конечно, не из веселых. Но в нашито дни дело до этого еще не дошло, не так ли?
Однако что это за демонстрация движется по улицам Парижа? Впереди люди с широкими муаровыми лентами через плечо. Это -- мэры нескольких парижских округов, прилегающих к аэродрому Орли. На транспарантах демонстрантов -призывы: "Избавьте нас от шума", "Дайте спать!", "Тишину в школы!"
Разумеется, парижане не одиноки в своих жалобах на авиационные шумы. Например, педагоги ряда школ Лос-Анджелеса заявили, что они принуждены прерывать учебный процесс один раз в две минуты -- во время, когда пролетает самолет.
Перенесемся на момент на другой континент. Фешенебельный пляж Копакабана в Рио-де-Жанейро, неоднократно воспетый в книгах, изображенный в кинофильмах. Мимо пляжа проходит городская автотрасса. Когда-то на нем могли слышать.. шум моря. А теперь? "Прощай, Копакабана", читаем в газетной корреспонденции, на смену райскому уголку пришла грохочущая преисподняя. Непрекращающийся рев моторов и автомобильные гудки доводят уровень шума до 85 децибелов и более. Один врач на конгрессе в том же Рио-де-Жанейро заявил: "Если так будет продолжаться, -- к 2000 году мы все оглохнем". И все это -только от легковых автомобилей.
.. Наш друг автомобиль. Так ласково именуют автомашину в книгах по туристским поездкам.
Но если друзей слишком много? Уже сейчас на Садовом кольце в Москве шум в квартирах при открытых окнах (или даже форточках) превышает допустимые нормы, хотя здесь движутся лишь легковые автомобили.
Что же тогда говорить о машинах грузоподъемностью 10, 20, 30 тонн, автомотрисах с моторами мощностью в 300--500 лошадиных сил, автопоездах? Водители этих автомастодонтов и жители селений, через которые они проезжают, находятся под воздействием очень мощных шумов.
Да что машины-мастодонты! Возьмем так называемую "малую" механизацию. В Ленинграде во многих жилищных хозяйствах применяются небольшие развозные тележки с маленьким, но необычайно трескучим мотором. "Механизация малая, а шум большой",-- говорят горожане, когда мимо них проползает это приземистое желто-красное сооружение.
Но довольно о шумах, которые замечают все. Поговорим о безобидных как будто бы "шумиках". Доля интеллектуального труда до мере прогресса человечества непрерывно возрастает, и вот тут-то начинают заявлять о себе "невинные" шумы. Наиболее рельефно это проявляется при творческой работе.
Сын Льва Николаевича Толстого Сергей Львович писал в воспоминаниях об отце: "Когда он работал, к нему никто не смел входить, даже моя мать! Ему нужна была полная тишина и уверенность в том, что никто не прервет его занятий. Даже в соседнюю комнату можно было входить только тихо и осторожно".
Гейне не мог работать даже при незначительном шуме. Перед тем как приступить к работе, он закупоривал все окна и двери.
Из письма Чайковского к Н. фон Мекк: "...Никакого шума я буквально переносить не могу; а вчера во Флоренции, и сегодня здесь каждый проезжающий экипаж раздражает меня и приводит в состояние бешенства. Каждый крик, каждый звук раздражает мне нервы" (Рим, 19 ноября 1877).
"Гений и злодейство -- две вещи несовместные",-- мы склонны верить утверждению поэта, хотя прямых доказательств этого положения как будто нет. Но что гений и шум несовместимы -- тому доказательств множество, и мы привели лишь малую их часть.
Отдых, сон... Может быть, здесь шумы не так важны? Упомянем такой эпизод. Как известно, выдающийся путешественник-полярник Ф. Нансен предпринял попытку достичь Северного полюса с судна "Фрам", затертого льдами. К полюсу пошли пешком двое. У них был общий спальный мешок, чтобы можно было согревать друг друга во время сна. При первой же ночевке Нансен убедился, что его спутник... храпит. Смертельно усталый, Нансен все же не мог спать ни в первую, ни во вторую ночь и потребовал разрезать спальный мешок на два.
А теперь -- о домашнем отдыхе горожанина. На одном из Международных конгрессов по акустике известный голландский ученый Ван ден Эйк выступил с докладом "Радио моих соседей". Докладчик показывал спектрограммы и уровни звука в обычной квартире при работе громкоговорителей в соседней квартире. Эти данные не явились откровением для собравшихся, но определенный интерес доклад вызвал.
Акустические конгрессы проводятся раз в три года. В программе следующего конгресса фигурировало название очередного доклада того же Ван ден Эйка: "Телевидение моих соседей". Отдельные участники склонны были видеть в подобном повторении своего рода манию, но большинство правильно оценило важность настойчиво поднимаемого докладчиком вопроса о вредности бытовых шумов.
Проходит еще несколько лет. И ...опять доклад Ван ден Эйка: "Шаги моих соседей". (Интересно, о чем доложит голландец на очередном конгрессе. Не уподобится ли он Нансену и не выступит ли с докладом "Храп моих соседей"?)
Шутки шутками, но, например, в Швейцарии хлопнуть дверью автомобиля считается уже значительным нарушением общественной дисциплины.
Некоторые полагают, что значение квартирных шумов в наше время возросло в связи с внедрением стандартных облегченных строительных конструкций. Но вот две выдержки из "акустического" рассказа А. П. Чехова "Дома". "...Был четвертый час вечера. Наверху, за потолком, во втором этаже кто-то ходил из угла в угол, а еще выше, на третьем этаже, четыре руки играли гаммы". А в конце рассказа читаем: "За потолком не слышались уже гаммы, но обитатель второго этажа все еще шагал из угла в угол".
Так что Ван-ден-Эйковы "Шаги моих соседей"-- отнюдь не навязчивая идея.
Как только не именуют шум: "бич нашего времени", "невидимый враг", "шлаки цивилизации". Но, пожалуй, наиболее ярко и сильно характеризовал шум виднейший датский акустик Ф. Ингерслев одним словом: "яд".
Да простит читатель многократное возвращение к Международным конгрессам, но нельзя не вспомнить о большой выставке, проходившей под девизом "Меньше шума!" в Штутгарте. Громадный плакат у входа на выставку гласил: "Когда-нибудь человечество принуждено будет расправляться с шумом так же, как оно расправляется с холерой и чумой". И подпись: Р. Кох.
Кох, открывший возбудителя не только туберкулеза, но и холеры, знал, о чем говорит. Время, о котором он упоминал, наступило. "Тишины хочу, тишины!" -- этот вопль современного человека звучит громче самых громких шумов.
Воздадим же хвалу сиплому, такому немощному - и даже чуть комичному свисту, который издает теперь пригородная электричка, подъезжая к очередной станции. Этот тихий свисток -- один из провозвестников неизбежной борьбы с усилившимся акустическим загрязнением окружающей среды -- пришел на смену зычным гудкам, от которых вздрагивал не один житель в домах вблизи железных дорог.
Итак, разработка мер борьбы с шумом становится первоочередным делом.
"СПАСИТЕ НАШИ УШИ!"
Шум -- это отходы цивилизации. Так сведем же эти отходы к минимуму!
Плакат на Всесоюзном совещании по звукоизоляции в Ленинграде, 1974 г.
В заголовке -- начало текста телеграммы, которую послали в одно из ведомственных управлений несколько отпускников, совершавших поездку на комфортабельном, в общем, теплоходе. (У телеграммы была и вторая часть: "...а души мы сами спасем", но это уже не имеет отношения к предмету нашего повествования.)
Впору теперь поговорить о том, какие же меры защиты от шума и вибрации применяются в практике. Нельзя сказать, что ранее не пытались бороться с вредными звуками. Но у нас, свидетелей и участников научно-технической революции, те, прежние меры могут лишь вызвать невольную улыбку. Так, в Англии еще в стародавние времена был издан королевский указ, запрещавший бить жен в ночное время. В Древнем Риме выстилали соломой булыжную мостовую перед домом больного патриция. Екатерина II отменила в столице сигналы -механические свистки, устанавливавшиеся на некоторых экипажах. Впрочем, об одной мере по охране окружающей среды от "акустического загрязнения" и сейчас нельзя говорить без уважения. Естествоведы довольно давно установили, что рыба боится пароходных шумов, и в нижнем течении Урала было запрещено пароходное сообщение, чтобы не пугать ценные породы рыб, идущих на нерест.
Сейчас человечество располагает по крайней мере четырьмя "эшелонами" шумо- и виброзащитных средств. Авангард противошумовой борьбы -- воздействие на источник колебаний, уменьшение возмущающих сил, возникающих при работе механизмов, машин, устройств.
Возьмем, к примеру, дизельный двигатель. Интенсивный шум здесь возникает от вспышки в цилиндрах. Ученые ФРГ разработали так называемый М-процесс, при котором сгорание топлива в головке цилиндра растянуто во времени. Мощность двигателя от этого теряется лишь в небольшой степени, а шум становится гораздо слабее. Ясно также, что если, скажем, насос работает в докавитационном режиме, то шум его будет меньше, чем у кавитирующего насоса. Вообще, воздействуя на характер и параметры рабочего процесса машин, можно в ряде случаев заметно снизить их шум и вибрацию.
Фундаментальная монография по борьбе с шумом и вибрацией машин создана М. Крокером (США). В нашей стране ряд физических задач, связанных с обесшумливанием машин различных назначений, решен М. Д. Генкиным, Г. А. Хорошевым, Е. Я. Юдиным и другими.
Вторая и третья линии защиты от вредных шумов и вибрации схожи друг с другом. Это физические методы и приемы, о которых упоминалось раньше: звукоизоляция, звукопоглощение, виброизоляция, вибропоглощение, рассогласование механических или акустических сопротивлений. Отличает эти "защитные линии", по существу, лишь их расположение относительно источника шума и вибрации. Вторая линия непосредственно примыкает к источнику. Это -разнообразные глушители шума, звукоизолирующие кожухи и капоты вокруг механизмов, амортизаторы под лапами и рамами механизмов, вибропоглощающие средства на интенсивно вибрирующих частях механизмов, их рамах, фундаментах.
Порой средства шумозащиты из второго эшелона принимают весьма оригинальный, почти экзотический характер. Например, в Ростовском инженерно-строительном институте для заглушения шума некоторых станков применили слои... мыльной пены, наносимой на излучающие звук поверхности. Аналогичные исследования, проведенные во Франции, показали, что основной эффект звукозаглушения обусловливается при этом резонансным поглощением звука в пузырьках, имеющихся в пене. Только французские акустики применили этот способ для заглушения не станков, а ракетных двигателей. Работники акустической лаборатории Ленинградского института инженеров железнодорожного транспорта разработали много разнообразных средств для заглушения шума путевых и строительно-дорожных машин, в результате чего шумность этих машин была снижена в несколько раз.
Мирная и романтическая некогда профессия мельника Мелодичное журчание воды, спокойный шорох жерновов... Нынешний мельник, чтобы спасти слух и нервную систему от шума мельничной машины, принужден пользоваться противошумовыми наушниками. Еще одна корректива романтики техникой.
Третий эшелон шумозащитных средств. Это -- звукозащитные экраны и выгородки на определенном расстоянии от источника шума, звукоизолирующие ограждения -- стены, переборки, полы, виброизолирующие крепления целых помещений ("плавающие" каюты на судах).
Стоимость мероприятий по шумо- и виброзащите на судах довольно велика; на советско-шведском симпозиуме по судовой акустике в 1976 году шведские специалисты сообщили, что она может составлять 10--15% стоимости всего судна. Известен случай, когда построенный в ФРГ турбоход не был принят заказчиком из-за его чрезмерной шумности, и по истечении двух лет судно было продано за две трети его строительной стоимости.