Шум як екологічна проблема, наука і техніка, dw

Він всюдисущий: на роботі і вдома, на вулиці і в магазині, - гучні і дратівливі звуки супроводжує людину всюди.

Привіт, в студії - Сміла Фрадкін.

Згідно з опитуваннями, для більшості жителів Європи головною екологічною проблемою є шум. Він всюдисущий: на роботі і вдома, на вулиці і в магазині, - гучні і дратівливі звуки супроводжує людину всюди. До того ж від нього практично немає порятунку ні вдень ні вночі: очі людина може закрити, але вуха сприймають звуки завжди. Тим прикро, що шумове забруднення навколишнього середовища продовжує наростати, незважаючи на всі вжиті заходи на кшталт звукоизолирующих склопакетів в будинках або шумовідбивних екранів уздовж автотрас. Втім, вже само по собі визначення шуму не такі вже й однозначно. Як правило, у наведених довідниками формулюваннях не враховуються індивідуальні особливості сприйняття звуків людиною. Тим часом, воно залежить від безлічі факторів, - підкреслює Фолькер Ірмер (Volker Irmer), який очолює відділ «Зниження рівня шуму промислового обладнання та готових виробів» у Федеральному відомстві по захисту навколишнього середовища в Берліні:

Ірмер: Воно залежить від часу доби, від джерела шуму, від настрою, від віку, від стану здоров'я, від характеру моєї роботи, від того, втомився я чи ні, від того, чим збираюся зараз займатися, від того, поскандалив я з тим, хто якраз і виробляє цей шум.

Хензель: У Гренландії, наприклад, панує абсолютна тиша. Це викликає щось на кшталт агорафобії, боязні відкритого простору, відчуваєш себе вкрай незатишно. Тобто тут важливо відзначити, що тиша і спокій - це речі різні. Спокій передбачає відсутність не взагалі яких би то ні було звуків, а лише звуків неприємних. Скажімо, водоспад може виробляти неабиякий шум і в той же час давати відчуття спокою.

Крім того, слухове відчуття залежить не тільки від амплітуди звукового тиску або від інтенсивності звуку, але і від його частоти. Людина чує низькі і високі частоти набагато гірше, ніж частоти в середньому діапазоні від 1 до 5 кГц. До того ж наш слуховий апарат влаштований так, що лінійне зміна звукового тиску суб'єктивно не сприймається як лінійну зміну гучності - тут залежність набагато складніше. Тому найважливішим фізичною величиною при описі шуму є не гучність, а рівень сили звуку, вимірюваний в белах, вірніше, в десятих частках білого - децибелах. Фолькер Ірмер пояснює:

Ірмер: Ці горезвісні децибели, а також децибели в «А» -скорректірованном значенні, будучи одиницями відносними, в принципі дозволяють вимірювати зміна значень будь-яких фізичних величин. Однак найбільш широко вони застосовуються в акустиці і радіотехніці. Будучи логарифмічною, шкала децибел досить точно відповідає особливостям людського вуха, а внесення ваговій поправки «А» дозволяє врахувати і частотну нелінійність слухового сприйняття.

Ми не будемо заглиблюватися в нетрі теорії логарифмів, зауважимо лише, що мінімальна зміна гучності, яке здатне вловити людина, як раз і становить приблизно 1 децибел. Якщо до одного джерела шуму додати другий такий самий, рівень звукового тиску зросте приблизно на 3 децибели. Збільшення інтенсивності звуку в 100 раз суб'єктивно сприймається як збільшення гучності всього лише вдвічі. І ще кілька цифр для порівняння: якщо слуховий поріг прийняти за 0 децибел, то рівень звуку в зимовому лісі в безвітряну погоду становить 3 децибели, шелест листя в літньому лісі - 10 децибел, шепіт на відстані в 1 метр - 20 децибел, нормальна розмовна мова - 50 децибел. Рівень шуму на жвавій вулиці сягає 60-ти децибел вночі і 70-ти - днем. Реактивний літак на висоті в 600 метрів створює шум в 105 децибел, відбійний молоток - в 120 децибел. 140 децибел - це больовий поріг. А рівень звуку, що перевищує 180 децибел, може бути смертельним.

Сьогодні вже кожен четвертий житель Німеччини страждає погіршенням слуху. Це - лише один наслідок звукового забруднення навколишнього середовища. Є й інші - наприклад, депресії. Або виразки шлунка. А перш за все - захворювання серцево-судинної системи. Однак, як не дивно, усвідомлюють це далеко не все. Джой Хензель каже:

Хензель: Багато з тих, хто схильний до постійного впливу шуму, навіть не знають, що це підвищує ризик серцево-судинних захворювань. Згідно з деякими дослідженнями, шум збільшує вірогідність інфаркту міокарда приблизно в такій же мірі, що і пасивне куріння.

За оцінкою Федерального відомства по захисту навколишнього середовища, кожен 50-й інфаркт міокарда пов'язаний з шумовим забрудненням. Однак давати конкретні рекомендації дуже важко, - каже Фолькер Ірмер:

Ірмер: Ми вивчаємо цей феномен вже 20-30 років і все ще отримуємо висловлювання типу: при такому-то рівні шуму дискомфорт відчувають стільки-то людей, при такому-то - стільки-то. Все це плавні криві, що не мають так званих особливих точок, тобто зламів. Якби ми мали графік з різким стрибком, ми могли б сказати: ось та межа, переступати яку не можна. А так останнє слово залишається за політиками: їм вирішувати, яку частину населення вони хочуть захистити від шуму - 10, або 20, або 50 відсотків.

Джерелом шуму номер один в сучасній промислово розвиненій країні, поза всяким сумнівом, є транспорт. У Європейському союзі більше 80-ти мільйонів чоловік щодня страждають від транспортного шуму, рівень якого перевищує 65 децибел. І це число зростає, оскільки транспортні мережі стають все густішим, рух - все інтенсивніше. Тому багато науково-дослідні інститути Німеччини беруть найактивнішу участь у спільному проекті під назвою «Тихий транспорт». Наша мета - боротьба з шумом в місці його виникнення, - каже Вольфрам Бартоломеус (Wolfram Bartholomäus), співробітник лабораторії шумів Федерального науково-дослідного інституту дорожнього господарства. В рамках проекту «Тихий транспорт» тут працюють над оптимізацією взаємодії шин з дорожнім покриттям. Вольфрам Бартоломеус пояснює:

Бартоломеус: Застосовувана нами стандартна методика полягає в дистанційному вимірюванні рівня шумового навантаження, створюваної середньостатистичним проїздом транспортного засобу. Ця методика стандартизована і передбачає реєстрацію рівня шуму за допомогою мікрофона, встановленого на відстані в 7,5 метрів від проїжджої частини дороги на висоті 1,2 метра. Одночасно реєструються показання спідометра, що дозволяє виявити залежність рівня шуму від швидкості руху.

При швидкостях, що перевищують 80 кілометрів на годину, домінуючим стає шум кочення колеса. Причому тут діють відразу два механізми. По-перше, шини вібрують на зразок дифузорів гучномовця. А по-друге, при контакті шини з дорогою повітря, укладений між грунтозацепами, тобто виступами протектора покришки, спершу стискається, а потім виходить назовні з гучним свистячим звуком. Один із способів знизити негативний вплив цього ефекту - так званий шумопоглинальний асфальт, тобто асфальт з високою пористістю. Доктор Вольфганг Шульте (Wolfgang Schulte), керівник відділу дорожнього будівництва Федерального науково-дослідного інституту дорожнього господарства, каже:

Шульте: Цей пористий асфальт дозволяє нам знижувати рівень шуму на 5 децибел. Це досить непоганий результат, якщо мати на увазі, що вже 3 децибели виразно відчуваються на слух як помітне зниження рівня шуму.

Що ж являє собою такий високопористий асфальт?

Шульте: Мова йде про дрібних порожнинах в асфальтовому дорожньому покритті, в верхньому його шарі товщиною близько 4-х сантиметрів. Така структура здатна ефективно гасити повітряні коливання, тобто поглинати шум.

Змінивши склад суміші в частині мінеральних компонентів і виключивши з неї дрібний щебінь, шляховики домоглися того, що обсяг порожнеч у такому пористому асфальтовому покритті досягає вже 25-ти відсотків, тоді як в звичайних асфальтових покриттях він становить лише близько 6-ти відсотків. Однак не все так просто. Інженер Хорст Бремер (Horst Bremer), керівник Хагенского філії Вестфальського дорожньо-будівельного управління, говорить:

Бремер: Пористість - це, звичайно, проблема. Кисень проникає досить глибоко в таке покриття, і там починаються процеси окислення, які можуть мати негативний вплив, перш за все, на бітуми. Це змушує нас використовувати тільки найякісніші матеріали і суміші - наприклад, високосортні щебінь з дуже великою міцністю крайок. Крім того, доводиться застосовувати особливі в'яжучі, стійкі до впливу атмосферних чинників, - бітуми, модифіковані полімерами або еластомерами.

А значить, шумопоглинальний асфальт набагато дорожче звичайного і використовується лише там, де іншими методами забезпечити дотримання приписаних норм неможливо. Ще одна проблема - низька морозостійкість: вода, замерзаючи в пустотах, руйнує покриття. Є і третя проблема - довговічність, але не покриття як такого, а його шумопоглинаючих властивостей. У міру експлуатації дощ і сніг забивають пори брудом, і шумопоглинальний ефект сходить нанівець. Тому сьогодні ведуться випробування нового покоління пористого асфальту - так званого двуслойного. Вольфганг Шульте пояснює:

Шульте: Тут зроблено спробу і нижній шар покриття теж виконати пористим. Таким чином, рідка грязь промивається через пори верхнього шару наскрізь і потрапляє в нижній шар, а той виконує дренажну функцію, тобто затримує бруд і відводить воду з-під дорожнього одягу в сторону

Поки випробування нового двошарового асфальту на ділянці федеральної траси «А-3» в районі Зігбург йдуть успішно:

Шульте: Одного разу ми не відмовили собі в задоволенні пробурити таке дорожнє покриття, витягти керн і подивитися, куди ж поділася ця сама грязь, яка доставляла нам стільки клопоту. Виявилося, що ми не помилилися: під полотном проїжджої частини вся грязь дійсно накопичувалася в нижньому шарі дорожнього одягу.

Однак випробування триватимуть ще 8 років - і лише тоді стане ясно, наскільки вдалим виявилося запропоноване технічне рішення. Ніякого способу прискорити цей процес немає, як немає і обладнання, здатного промити асфальт, звільнивши його шумопоглинаючі пори від забила їх бруду.

Ще один учасник проекту «Тихий транспорт» - Технічний університет в Берліні - спеціалізується на залізничному транспорті. Один з головних джерел шуму тут - гальмівні колодки вантажних складів, виконані з сірого чавуну. Вони є причиною гуркоту навіть в тому випадку, якщо поїзд проходить повз без гальмування. Професор Маркус Хехт (Markus Hecht) говорить:

Хехт: При гальмуванні в місці тертя колеса об рейку виникають дуже високі температури. Гальмівні колодки з сірого чавуну подплавляет - звичайно, мова йде про дуже маленьких частинках. Ці частинки прикипають до колеса, але не рівномірно, а з інтервалами сантиметрів в 5-6, утворюючи невеликі нарости - так звані рифл. Таке рифлене колесо викликає посилену вібрацію рейок - і саме теж вібрує. Виникає при цьому шум може мати різну частоту - вона залежить від швидкості руху складу. Високий рівень шуму пов'язаний з тим, що в акустичному відношенні колесо являє собою щось на зразок дзвони, тобто є резонатором. Та й рейки самі по собі теж досить слабо гасять вібрацію.

На перший погляд, впоратися з цим джерелом шуму досить просто: вже давно розроблені надійні гальмівні колодки з полімерів, що не утворюють на колесах рифлів і дозволяють досягти колосального шумознижуючими ефекту - до 20-ти децибел. Такі колодки дійсно знаходять застосування, але лише при виробництві нових вагонів, а ось переобладнання старих себе не окупає, і вантажні потяги продовжують гриміти як і раніше. Втім, якщо не більше гучний, то, мабуть, ще більш неприємний звук видають трамваї і потяги метро, ​​особливо на поворотах. Професор Хехт пояснює:

Хехт: При проходженні кривих в точці дотику колеса з рейкою має місце прослизання - причому як в поздовжньому, так і в поперечному напрямках. В результаті цього тертя виникають коливання. Як скрипкова струна починає звучати, коли по ній проводять смичком, точно так же народжуються звуки і в результаті взаємодії колеса з рейкою. Ковзання породжує коливання, частота яких визначається власною резонансною частотою колеса.

Щоб уникнути цього скрипу, в метро Гамбурга, наприклад, на кривих ділянках колії на колію як мастило подається вода. Правда, такий метод призводить до посиленої корозії рейок, але іншого поки ніхто не запропонував. Точно так само, втім, ніхто не знає, як ефективно боротися з авіаційним шумом, на який скаржиться кожен другий житель Німеччини. Розташований в Кельні Німецький центр аерокосмічних досліджень звернувся до цієї проблематики три роки тому. Олександр замело (Alexander Samel), глава відділу «Фізіологія польоту», говорить:

Замель: Ми сконцентрувалися на вивченні порушень сну, що викликаються шумом, оскільки до цих пір в цій області накопичено не так вже й багато знань. Відомо лише, що шум негативно впливає на стан серцево-судинної системи. Відомо також, що він, мабуть, впливає на гормональний обмін. Але в цілому спеціальних досліджень з цієї проблематики проводилося мало, а широкомасштабних наукових експериментів за участю великої кількості пацієнтів не проводилось зовсім. Однак щоб приймати якісь рішення, давати оцінки і рекомендації, необхідно досконально знати суть питання. Тому наші дослідження покликані хоча б частково заповнити цю прогалину.

Експерименти проводяться і в польових умовах, і в спеціально обладнаній лабораторії. Протягом 13-ти ночей за кожним з піддослідних спостерігають лікарі.

Замель: Ми реєструємо всі сигнали, необхідні для оцінки глибини сну наших пацієнтів. Це означає, що до голови піддослідних прикріплюється безліч тонких електродів. По-перше, ми знімаємо електроенцефалограму, що реєструє електричну активність різних ділянок мозку, по-друге, електроміограму, що дозволяє судити про активність лицьових м'язів, і по-третє, електроокулограмми, що реєструє руху очей. Отримані таким чином дані дають нам уявлення про якісні характеристики сну.

Сплячим піддослідним програється запис звуку пролітає літака - від 4 до 128 разів за ніч з рівнем шуму від 50-ти до 80-ти децибел. Іншими словами, відтворюються умови, близькі до реальності: саме такий шумовий навантаженню піддаються люди, які живуть в околицях Франкфуртського або Кельнського аеропортів. Про результати дослідження говорити поки рано. Однак ясно одне: незважаючи на відчайдушні зусилля вчених, остаточної перемоги над шумом не передбачається, - каже Олександр замело:

Замель: В цьому і полягає фундаментальна суперечність між мобільністю, необхідної і мені особисто, і суспільству в цілому, і тим тягарем, який ця мобільність накладає на суспільство і на кожного з нас.

Ось і все на сьогодні в радіожурналі «Наука і техніка». На цьому я, Сміла Фрадкін, прощаюся з вами, всього вам доброго, до наступної зустрічі.