Федеральная научно-образовательная программа творческого и научно-технического развития детей и молодёжи

Федеральная научно-образовательная программа
творческого и научно-технического развития детей и молодёжи
«ЮНОСТЬ, НАУКА, КУЛЬТУРА»
Всероссийский открытый конкурс научно-исследовательских, изобретательских
и творческих работ обучающихся
Направление: Физика
Название работы
Шумовые Эффекты
Автор работы
Никулина Кира Сергеевна
Место выполнения работы
МОУ «СОШ №1», 11 класс, Нарьян-Мар
Научный руководитель
Хабарова С.Р., учитель физики.
2008 год
Содержание
1. Вступление
с.2-3
2. Основная часть
Глава 1. Звук, его характеристики, звуковые явления
с.4-5
Глава 2. Шум и его влияние на организм
с.6-7
Глава 3. Мониторинг
с.8
Глава 4. Особенности звукового пространства города
с.9-11
3. Заключение
с.12
4. Библиографический список
с.13
5. Приложения
с.14-18
1
Введение
Повсюду нас окружает многообразие звуков: музыка, шелест листьев, шум льющейся
воды, гул ламп. Замечали ли Вы, что на различные звуки мы реагируем по-разному? При
восприятии некоторых звуков нам комфортно, а от других возникает обратное,
дискомфортное состояние. Повышенный уровень шума может нарушить отлаженную
работу человеческого организма, привести к развитию различных заболеваний. Человек
порой не ощущает на себе вредное влияние некоторых звуков. Тем не менее, такие звуки
могут негативным образом влиять на его психофизическое состояние. Оказывается,
никакого секрета в этом нет, все зависит от частоты, ритма и громкости звука,
воспринимаемого человеком и действующего на его организм.
Придаем ли мы в обычной жизни серьезное значение этим факторам? Вероятно,
настало время человеку позаботиться об окружающей его звуковой действительности.
Подумать о её соразмерности, побеспокоиться о некой её чистоте, которую уместно
приравнять к понятиям связанным с определениями экологии природы и по подобию
вполне можно назвать термином - экология звука.
Изучение влияния всевозможных звуков на человека требует сегодня не меньшего
внимания, чем
познание влияния воздействия человека на природу, к сохранению
которой приковано внимание прогрессивного человечества. С этим, напрямую, связана
безопасность всего живущего на земле.
Вероятно на наше самочувствие, на нас в школе влияют не только уроки, после
которых
мы
чувствуем
физическую
и
умственную
усталость,
но
и
другие
психологические факторы. Быть может одна из них повышенный шумовой уровень в
здании школы в течение учебного дня? Что можно сделать, чтобы избежать чрезмерного
шума, или приуменьшить пагубное влияние его на психофизическое состояние
школьника, педагога? Ведь на чрезмерный шум в школе сетуют в равной степени дети и
учителя. К примеру, они раздражаются, когда во время урока приоткрыта дверь класса, а в
коридоре в это время кто-то, даже не громко, разговаривает. Эти доносящиеся голоса
довольно отчетливо слышно и естественно такой проникающий в классную комнату шум
отвлекает, мешает сосредоточиться, нормально проводить занятия. Поэтому я пришла к
выводу, что проблема влияния шума на человека в наше время как никогда актуальна.
Цель исследовательской работы: изучить шумовые эффекты.
Задачи: выяснить, что такое шум; причины его возникновения; рассмотреть способы
уменьшения уровня шума; выяснить влияние шума на человека.
Объекты
исследования:
здание
школы
№1
города
Нарьян-Мара,
район
электростанции.
2
Методы работы: изучение и анализ литературных источников, анкетирование, беседа,
наблюдение и мониторинг.
В ходе работы мною были проведены исследования уровня шума в здании школы. В
этих целях осуществлен визуальный, а так же при помощи специального прибора
шумомера звуковой мониторинг. Все наблюдения подробно записаны и дополнительно
документально зафиксированы на аудиовидеоносителях. Проведено анкетирование,
интервьюирование учителей и учащихся о влиянии на них шума в школе, с последующим
анализом полученных результатов. За консультациями о существующих нормативах
звукошумовых частот, которые допустимы в зданиях школ, я обратилась к сотруднику
окружного центра санитарно-эпидемилогического контроля Т. В. Щепеткиной. Проведено
разложение звукового файла по децибелам с помощью программы Sony Sound Forge 9.0. А
также
тема
конструктивных
особенностей
проектирования
зданий
для
общеобразовательных школ стала основой для моей беседы с главным архитектором
города А. А. Гоголевым. О причинах возникновения шума в городах получила
информацию из книги Осипова Р.А. «Борьба с шумом в городах».
3
Глава 1. Звук, его характеристики, звуковые явления.
Нас везде, и всюду окружает мир звуков. Звук - это, то, что мы слышим. Источниками
звука являются колеблющиеся тела. Звук существует, образуется лишь в упругой среде.
Человек воспринимает в качестве слышимого звука волны с частотами от 16Гц до 20кГц.
Гораздо лучше воспринимается звук средней частоты.
Частоты более 20000Гц называются ультразвуком. Частоты менее 16Гц называются
инфразвуком. Человек не слышит ни тот ни другой частотный диапазон звуков, но, тем не
менее, его организм все же реагирует на них. Такие звуки имеют сильное влияние на
нервные клетки нашего организма. Инфразвук даже может привести к гибели человека,
так как звуки мы воспринимаем ухом, в котором находятся система окончаний нервных
клеток, передающая звуковые сигналы в мозг. К примеру, такие звуки как голос, пение
птиц, шум воды, звучание спокойных песен мы воспринимаем нормально, потому что
частота барабанной перепонки равна примерно 1000Гц. В этом можно утвердиться на
собственном опыте. На уроке физики мы экспериментально выяснили, какой диапазон
частот воспринимается нашим ухом. Мой звуковой диапазон - от 70Гц до 18000Гц.
Человек, воспринимая различные звуки, характеризует и разделяет их по уровню
громкости. Громкость зависит от амплитуды колебаний звучащего тела, а точнее, от
энергии колебаний. Различают музыкальные звуки и шумы. Звуки, издаваемые
камертонами,
или
другими
гармоническими
колеблющими
телами
называются
музыкальными. Звуки различаются не только громкостью, но и тоном. Высота
тона
определяется частотой колебаний. У каждого голоса и музыкального инструмента есть
своя окраска, называемая тембром. По тембру мы различаем голоса и музыкальные
инструменты. Также громкости звука не совпадают по величине с раздражающим
действием звука. На высоких частотах ощущение неприятности звука на 20-30 единиц
превышает ощущение громкости.
Быть может, Вам доводилось, когда-либо, наблюдать такое звуковое явление как
акустический резонанс? Акустический резонанс – это способность усиливать звук,
свойственная резонаторам или помещениям, стены которых хорошо отражают звуковые
волны. Если в закрытом пустом пространстве мы громко произносим слова, то звуки
нашего голоса, отражаясь от стен, резонируют и превращаются в эхо. Эхо - это звук,
отраженный от преград - гор, леса, стен больших зданий, внутренних помещений. Эхо
возникает только в том случае, когда отраженный звук воспринимается раздельно от
первоначального произнесенного звука. Благодаря этому явлению человек воспринимает
звуки от шепота или шороха листьев до звуков симфонического оркестра и рева мотора
самолета.
4
Возникновение внутри замкнутых помещений звуковых волн, распространяющихся от
источника, многократно отражающихся от преград, создают условия для появления
гулкости помещения. При достаточно мощном источнике звука, звуковые волны с силой
распространяются во все стороны от источника, при этом можно слышать отчетливое эхо.
Важным моментом для возникновения четкого эффекта эха должен быть достаточно
короткий
звуковой
сигнал.
Другими
словами,
звук
должен
быть
такой
продолжительности, чтобы, удаляясь от своего источника дойти по отражаемой
поверхности и вновь вернуться к источнику до возникновения, следующего звукового
сигнала. Получается, что отражающая поверхность должна находиться не слишком далеко
от источника звука. Иначе при более частых звуковых сигналах, они будут также
интенсивно отражаться,
накладываться друг на друга. Эхо в таком случае будет не
четким. Слияние отраженных звуков будет восприниматься нами, как «размазанный»
шумовой эффект. Поэтому в таком случае важна необходимая длительность звукового
сигнала.
5
Глава 2. Шум и его влияние на организм.
Шум – это звуковая волна: 1) звук с неясно выраженной тональностью; 2) звуки,
слившиеся в нестройное, обычно громкое звучание. Так же под шумом принято считать
совокупность звуков, неблагоприятно воздействующих на организм человека, мешающего
его работе и отдыху.
Организм
человека
в
повседневной
жизни
подвержен
воздействию
шума.
Всевозможные шумы настигают человека повсюду, в закрытых помещениях, на улице, в
транспорте и т.д. С каждым годом человек увеличивает техногенное воздействие своей
деятельности на окружающую среду. Появляются новые производства, увеличивается
парк транспортных средств, строятся новые транспортные магистрали, дороги,
повсеместно возводятся строительные площадки. Следовательно, пропорционально
увеличивается количество источников шума, непреклонно растет уровень загрязнения им
окружающей среды проживания человека. Что и приводит к разрушению природной
сбалансированности экологии звуков. Кроме этого, помимо увеличивающегося влияния
внешних шумовых эффектов, с развитием новых технологий постоянно растет количество
всевозможных приборов, используемых человеком в закрытых помещениях, дома, на
работе. Их количество, мощность, вентиляционная система охлаждения, появляющаяся
шумовая вибрационность во время работы, и прочие побочные эффекты тоже, в свою
очередь, могут приводить к значительному увеличению уровня шума в зданиях, где
находится человек. Такие шумы являются вредным фактором для человеческого
организма. Вот почему проблема чрезмерного шума, в наше время, становится одной из
серьезных проблем в сохранении эколого-безопасной среды обитания человека. Отсюда
следует, что для защиты человека от вредного влияния шума на его организм необходимо
повсеместно бороться с излишними шумами.
На мой взгляд, еще недостаточно разработана научная база, с помощью которой
ученые могли бы доказательно и более убедительно говорить о необходимости и способах
защиты от неблагоприятного влияния на человеческий организм фактора шума. Человеку
в современном мире никуда не деться от данного фактора. Вместе с тем известно, что
полнейшая звуковая изоляция, звенящая тишина в ушах, в не меньшей степени может
быть вредна для здоровья человека, как и повышенное содержание шумов в окружающей
среде. Значит, необходима «золотая» середина. Существуют специальные нормы,
указывающие на уровень шума, который допустим и не должен быть превышен в том или
ином помещении, того или иного учреждения. То есть, эти нормы в обязательном порядке
должны быть предусмотрены при проектировании всех без исключения зданий и
сооружений. И, конечно же, эти нормы также должны соблюдаться в дальнейшем и при
6
эксплуатации вышеназванных объектов, как одно из условий создания нормального
звукового «климата».( СН 2.2.4/2.1.8.562-96 Минздрав России). Основываясь на научных
данных, с помощью специальных приборов сегодня можно максимально точно
определить величину шума, превышающую максимально допустимую норму, которая
способна нанести вред человеческому организму.
Проведенные исследования в здании МОУ «СОШ №1 г. Нарьян-Мара» дали нам
обоснованные представления об имеющемся повышенном уровне шума в школьных
помещениях (приложение 1). Особенно гулкими представляются коридоры и рекреации
на всех трех этажах здания школы. Даже малейший звук, от слабо звучащего голоса
человека долетая до стен коридора, отталкивается от них, многократно усиливается и
становится слышен в совершенно другом крыле того же этажа школьного коридора.
Результаты анкетирования показали, что самый шумный в здании школы – первый этаж,
что подтвердил проведенный мониторинг. На первом этаже занимаются младшие классы это самая непоседливая и энергичная часть школьной аудитории, вероятно, это и есть
одна из главных причин повышенного шума на этаже.
В ответах на вопросы, распространенной исследовательской анкеты, почти половина
(46 % из 100%) учащихся школы указали, что они действительно устают от шума
(приложение 2).Полученные результаты показывают, что не все ученики ощущают и
осознают влияние на них излишнего шума. В этом заключен эффект привыкания. Все
учащиеся и учителя отмечают, что особым раздражителем является шум от неисправных,
гудящих люминесцентных ламп освещения. К такому раздражающему звуку привыкнуть
сложно.
По итогам анкетирования выяснилось, что 85% учащихся воспринимают лучше,
информацию, сказанную на уроке спокойно (приложение 3). 78% учителей, из числа
опрошенных, хотят проводить время после школы в тишине и покое (приложение 4). Это
и является подтверждением того, что повышенный уровень звука влияет на
психофизическое состояние человека.
7
Глава 3. Мониторинг.
Мною совместно с сотрудниками окружной службы санитарного контроля Татьяной
Васильевной Щепеткиной и Олегом Александровичем Батмановым был проведен
мониторинг исследования уровня шума в здании школы (приложение 5). Для получения
практических результатов был использован прибор шумомер-анализатор «SVAN - 943»
(приложение 6). Этот прибор замеряет общий уровень шума (дбА) и раскладывает его на
частоты по своим показаниям. По этим данным была составлена таблица (приложение 7).
Изучив и проанализировав полученные результаты, я пришла к выводу, что наша школа не
соответствует санитарным нормам допустимого уровня шума в учебных заведениях.
Вероятно, одной из причин повышенной «шумности» является большая гулкость
школьных помещений. Подобная гулкость возникает, когда звуковая волна многократно
отражается от преград, не имея возможности раствориться в пространстве, продолжает
рикошетом устремляться дальше и создается своеобразный эффект эха.
При проведении исследования, велась видеозапись, в последствии из которой был
вырезан звук и обработан в программе “Sony Sound Forge 9.0.”. Используя функции этой
программы, визуально разложила звук по оси абсцисс по частотам (Hz) и по оси ординат –
в децибелах (приложение 8). Мониторинг позволил убедиться, что во всех школьных
коридорах во время занятий наблюдается повышенный уровень шума. Мы проверили,
уровень шума в коридорах при закрытых дверях, выходящих на лестничные пролеты.
Опыт показал, что когда двери закрыты, гулкость помещения уменьшается. Тоже касается
и шума доносящегося в классы во время уроков при открытых входных дверях. Снижению
гулкости способствуют закрытые двери в классы. Мы зафиксировали, если двери, хотя бы
одного класса открыты, даже тихий голос учителя, из этого кабинета, может быть хорошо
слышен в соседних кабинетах.
На шум во время уроков в одном из классов (кабинет №32а) обратила мое внимание
Коткина А.А.- учитель немецкого языка. Она заметила, что в классе бывают отчетливо
слышны голоса, доносящиеся из кабинета № 26, расположенном на этом же этаже, но
находящемся на значительном расстоянии от ее класса (приложение 9). Провели
следующий эксперимент: двери кабинета № 26 открывали под углами: 300, 450, 600, 900 и
1200. В этом кабинете говорил один человек. В кабинете №32 а велась запись на
видеокамеру при закрытых дверях. Прослушав запись, я убедилась, что при расположении
дверей в кабинете № 26 под углами 900 и 600 слышимость максимальная. Удалось
выяснить в процессе исследования, что в кабинете №32а, стена, сопряженная с коридором,
пустотелая внутри. Представляет собой каркасную перегородку, обшитую с двух сторон
деревом или древесностружечной плитой.
8
Глава 4.Особенности звукового пространства города.
В ходе моей исследовательской работы я беседовала с главным архитектором города
А.А. Гоголевым на предмет его оценки значимости норм архитектурных особенностей
при проектировании зданий различного назначения. В частности он сказал: «В Советском
Союзе муниципальные здания такие как: школы и детские сады, разрабатывались
проектными институтами и были типовыми. В наше время градостроительное
законодательство допускает проектирование зданий под земельный участок, на котором
предполагается расположение данного объекта. Если обратить внимание к зданиям школ,
то вокруг неё должна быть озелененная территория. Теперь рассмотрим её внутренние
конструктивные особенности. Для того чтобы не создавался эффект эха, нужно избегать
геометрических форм, коробки, ровных и гладких стен».
В коридорах исследуемой школы можно наблюдать, как образуется звуковой эффект
«бочки». Обратив на это внимание, архитектора города и познакомив его с планом нашей
школы (приложение 10), я получила подтверждение, что при таком расположении
коридоров вполне закономерно может возникать гулкость. Во избежание этого, стены
должны быть не гладкими, возможно на них должна быть драпировка, либо же стенды, на
которых всегда можно расположить полезную информацию. Также в коридорах школы
можно расставить горшки с растениями, так как они не только поглощают углекислый газ,
но и выполнят в данном случае роль звукопоглотителей.
С вопросом о повышенном уровне шума в школе я выступала на педсовете.
Результаты моего исследования заинтересовали педагогов. В настоящее время на каждом
этаже и в большинстве классных комнат установлены цветочные насаждения.
При постройке зданий расположенных рядом со школой тоже существуют
определенные правила, которые рекомендуют размещать такие объекты не менее чем на
расстоянии 200 метров от здания школы. Возле нашей школы эта зона нарушена. Замечу,
что при постройке домов рядом со школой вбивались сваи для фундамента. На уроках
было невозможно сидеть помимо монотонного звука, ощущалась вибрация, от которой
дрожали даже школьные парты. По этому поводу мною было проведено анкетирование
среди учителей. Им был задан вопрос: «Вблизи школы идет новое строительство. Каким
образом влияет на вас этот шум?» Буквально все отметили, что при застройке
микрорайона вокруг школы, они не первый год испытывают неудобства от грохота
сваебоев, механизмов для устройства фундаментов домов. От этого учителям приходится
усиливать силу голоса при ведении урока, дети плохо слышат, их внимание становится
рассеянным. В результате к концу учебного дня нередко начинает болеть голова у тех и
других.
9
Как разъяснил ситуацию архитектор, с которым я беседовала, строительные
организации города другими технологиями возведения фундаментов на то время не
владели. К примеру, в Москве, быть может забивку свай «дедовским способом» в жилом
секторе не допустят. Сегодня с приходом новых компании уже и в нашем городе мы
можем наблюдать применение современных, можно сказать, «беззвучных» технологий
обустройства фундаментов, без вбивания свай в землю.
В тоже время необходимо отметить, что действующий закон строителями города и в
первом случае, при забивке свай не был нарушен. Нельзя применять забивку свай вблизи
старых, аварийных
зданий. Такие работы не могут, теоретически, привести к
повреждению здания первой школы. Оно является сравнительно молодым, построено из
кирпича всего 20 лет назад, до капитального ремонта гарантийный срок рассчитан на 50
лет. (Для сравнения в панельных домах 40 лет, а в монолитных 20-30лет).
Что касается монолитных домов, которые начали возводиться в городе в последние
годы, возводятся по технологии: заливки фундамента виде платформы, затем ставятся
колонны, на них устанавливаются сплошные перекрытия. То есть здание является
армированным. В таких домах наблюдается повышенная звукопроницаемость. Потому,
как через металл в бетоне очень хорошо передается звук по всем его помещениям. Для
предотвращения таких шумовых эффектов можно устанавливать шумовые пояса. Но это
все же не решит полностью эту проблему, поэтому лучшими для проживания людей
являются кирпичные дома.
Еще одним минусом маленького города является, расположенная вблизи жилых домов
электростанция.
Данное
месторасположение
электростанции
изначально
было
временным, точнее сказать её хотели перенести в лесную пригородную зону, но
осуществиться этим планам по ряду причин не удалось. Лет 30-40 назад город состоял из
маленьких, максимум двухэтажных деревянных домов и звук от электростанции
распространялся по всему городу. Этому распространению помогала и вода в открытом
водоеме возле станции, а зимой разряженный морозный воздух, который так же считается
хорошим проводником звука. С каждым годом количество многоэтажных домов
увеличивается, они создают своеобразный экран, перекрывают шум от электростанции.
Живу я довольно далеко от электростанции. Во время написания моей работы на улице
было очень холодно, примерно -370 С, воздух был очень разряжен. В комнате, я открыла
форточку, и с улицы доносился шум. Сначала я подумала, что это садится самолет, но
оказалось это и есть шумовое загрязнение от электростанции.
Возле
электростанции
находятся
деревянные
частные
дома.
В
санитарно-
эпидимилогическую службу поступила жалоба от жительницы одного из таких домов
10
М.Т. Тороповой по поводу
изрядно надоевшего шума в её доме от работы турбин
городской электростанции (приложение 11). Позже, замеры прибором шумомером,
подтвердили, что шум внутри дома и на его территории превышает норму в полтора
раза (приложение 12 и 13).
Как уже было мною сказано, около электростанции стоят жилые дома, а раньше
вообще там находилась школа №5, учиться, и работать в ней было особенно вредно для
здоровья. Постоянный раздражающий шум, доносящийся от электростанции, мешал
учебному процессу в школе. Поэтому властями было принято решение о строительстве
новой школы в том же микрорайоне, но на довольно отдаленном расстоянии от станции.
11
Заключение.
В ходе исследовательской работы подтвердилась гипотеза, о том, что в помещении
МОУ СОШ № 1 уровень шума повышен. Это подтвердилось в результате проведенных за
время исследования экспериментов и анкетирования учащихся и учителей школы. В
ответах на вопросы разработанной мной анкеты они также отметили, что излишний шум
в школе отрицательно влияет на их самочувствие, повышается раздражительность. Даже
посетитель, находясь в нашей школе, может ощутить влияние на него излишнего шума,
почувствовать от этого усталость, головную боль. Таким образом, шумовые эффекты
наносят вред нашему здоровью.
В нашей школе стены состоят из нескольких слоев кирпича и штукатурки, но не
использованы
звукоизолирующие
материалы.
Огромные
коридоры,
большое
пространство, большое количество дверей - всё это приводит к гулкости.
В ходе исследования я сделала вывод, что эхо не может образовываться в здании
нашей школы, так как оно создается лишь тогда, когда звук должен быть такой
продолжительности, чтобы, удаляясь от своего источника, мог дойти по отражаемой
поверхности и вновь вернуться к источнику возникновения
следующего звукового
сигнала. В нашей школе гулкость, потому как звуковые волны накладываются друг на
друга.
Я убедилась, что в районе электростанции уровень шума значительно превышает
норму. Это вызывает высокий уровень сердечно-сосудистых заболеваний в данном районе
(по статистике города).
Настало время, когда человеку стоит задуматься ещё об одном виде экологического
загрязнения - звуковом загрязнении.
Исследовательская работа над шумовыми эффектами все более привлекает меня,
требуя более тщательного внимания к высказанной проблеме.
Я выражаю благодарность всем за помощь в написании работы.
12
Библиографический список
1.
Карпова Б.Д. и Ковшило В.Е. Справочник по гигиене труда, изд.
«Медицина» Москва 1976, 525с.
2.
Кабардин О.Ф. Физика. Справочные материалы. «Просвещение»,
М.,1996, 369с.
3.
Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике.
Наука, М., 1980, 207с.
4.
Осипов Р.А., Карагодина Н.Л., Шишкин И.А. Борьба с шумом в
городах. «Медицина», М., 1972, 160с.
5.
Пинский А.А. и др. Физика и астрономия. «Просвещение», М., 2001,
304с.
13
Приложения
приложение 1
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
Допустимый уровень
II этаж коридор между каб. 32-29
II этаж переход
II этаж конец коридора
I этаж коридор район каб. 11
II этаж класс при открытых дверях во время урока
I этаж переход около окна
8000
16000
приложение 2
Считаете ли вы, что в нашей школе повышенный уровень шума?
да
46%
нет
54%
приложение 3
Какую информацию вы воспринимаете лучше во время
урока:сказанную громко или же спокойно?
15%
85%
14
приложение 4
Когда вы приходите домой, вам хочется побыть в тишине
и покое?
22%
78%
приложение 5
приложение 6
приложение 7
15
приложение 8
приложение 9
16
приложение 10
(план второго этажа)
приложение 11
17
приложение 12
90
80
70
60
50
фактическое
40
допустимое
30
20
10
0
территория дома
в помещении дома.
приложение 13
18