Лекция по "Безопасности жизнедеятельности"

       Подставляя  в нее полученное значение С, он пришел к формуле: 

                                          E = k(InJ - InJ₀).                                           

       Установленная зависимость получила наименование основного психофизического закона Вебера - Фехнера. Из этого закона следует, что с увеличением интенсивности раздражителя величина его ощущения растет значительно медленнее, чем сам раздражитель - по логарифмическому закону (если интенсивность раздражителя возрастает в 100, в 1000 раз, то величина ощущения по закону натурального логарифма увеличивается соответственно в ~ 4,6, в ~ 6,9 раза).

       Закон Стивенса. Следует отметить, что закон Вебера - Фехнера  справедлив только при средних значениях интенсивностей раздражителей. Вблизи пороговых значений сигнала он не дает достаточно точных соответствий.

         В 50-х годах нашего столетия, с разработкой более прямых  и точных методов измерения  ощущений, С.Стивенсом (S.Stevens) были получены экспериментальные данные, указывающие на то, что связь между интенсивностью стимула и величиной его ощущения правильнее описывать не логарифмической, а степенной зависимостью следующего вида: 

                                        E = k (J - J₀) ⁿ,                                                    

      где k - константа, n - показатель, который определяется экспериментально, обусловлен видом раздражителя и изменяется в пределах от 0,2 до 3,5.

       Согласно  формуле (1.4.4) , а также формуле (1.4.5), при интенсивности раздражителя, равной значению абсолютного порога, ощущение падает до нуля. Отличие формулы  С.Стивенса заключается в том, что она предполагает у отдельных раздражителей (для которых n = 1) существование линейной связи между увеличением интенсивности сигнала и уровнем его ощущения, а для целого ряда раздражителей (с n > 1) - возможность значительно более быстрого роста ощущения, по сравнению с ростом интенсивности раздражителя. Так, если при восприятии яркости, громкости, запахов значение n колеблется в пределах 0,2 - 0,6, а рост величины ощущений, как в законе Вебера - Фехнера, отстает от роста интенсивности соответствующих раздражителей, то при восприятии отдельных раздражителей, например сигналов электрического тока, когда n =3,5, рост ощущений в несколько раз опережает рост интенсивности воздействующего сигнала. 

      2.4. Характеристики анализаторов  человека

 

      Мы  познакомились с важнейшими общими характеристиками анализаторов, такими как пороги чувствительности, порог  различения, или дифференциальный порог. Рассмотрим подробнее  отдельные  виды анализаторов.

      Зрительный  анализатор.  Зрение имеет для человека первостепенное значение. Зрительный анализатор позволяет получить представление о предмете, его цвете, форме, величине, о том, находится ли предмет в движении или покое, о расстоянии его от нас, потенциальной опасности, которую он несет.

      

      Зрительное  восприятие начинается с фотохимического  процесса. Под влиянием света вещества, находящиеся между наружным слоем  сетчатки и сосудистой оболочкой, разлагаются, возбуждая окончания нервных  элементов глаза. При этом в соответствующей  зоне головного мозга возникает зрительный образ. Кора мозга синтезирует детали зрительного акта и определяет наше отношение к зрительному образу.

        Зрительный анализатор человека  воспринимает электромагнитное  излучение с длиною волн в  диапазоне от 0,38 мкм до 0,76 мкм. 

      Непосредственно наш глаз реагирует на яркость, которая представляет отношение силы света (измеряемой в канделах – кд), излучаемой данной поверхностью, к площади этой поверхности. Яркость, таким образом,  измеряется в кд/м². При очень больших яркостях (более 30000 кд/м²) возникает эффект ослепления. Гигиенически приемлема яркость до 5000 кд/м².

        

      Рис.3. Спектральная чувствительность глаза

      Важнейшими  характеристиками зрительного анализатора  являются световая, контрастная и  цветовая чувствительности.

      Световая  чувствительность. Световая чувствительность различна для различных областей видимого спектра и принимается за единицу при длине волны равной 0,555 мкм. Диапазон чувствительности по яркости весьма велик. Так, нижний порог чувствительности соответствует всего нескольким квантам света, а верхний, при котором создается эффект ослепленности, равен приблизительно 3×10⁴ кд/м² .

Весь диапазон яркостей, которые наш зрительный механизм способен воспринять, огромен: от 10⁻⁶ кд*м² для глаза, полностью адаптированного к темноте, до 10⁶ кд*м² для глаза, полностью адаптированного к свету, или на 12 порядков яркости!^[6].^[7].^[8] Механизм такого широкого диапазона чувствительности кроется в разложении и восстановлении фоточувствительных пигментов в фоторецепторах сетчатки — колбочках и палочках.

Чувствительность  глаза зависит от полноты адаптации, от интенсивности источника света, длины волны и угловых размеров источника, а также от времени  действия раздражителя. Чувствительность глаза понижается с возрастом  из-за ухудшения оптических свойств склеры и зрачка, а также рецепторного звена восприятия.

 
Максимум чувствительности при дневном  освещении лежит при 555—556 нм, а  при слабом вечернем/ночном смещается  в сторону фиолетового края видимого спектра и равен 510 нм (в течение суток колеблется в пределах 500…560nm). Объясняется это (зависимость зрения человека от условий освещённости при восприятии им разноцветных объектов, соотношение их кажущейся яркости — эффект Пуркинье) двумя типами светочувствительных элементов глаза — при ярком свете зрение осуществляется преимущественно колбочками, а при слабом задействуются предпочтительно только палочки. 

      Контрастная чувствительность определяет степень воспринимаемого различия между двумя яркостями, разделенными в пространстве или времени, т.е. позволяет ответить на вопрос, насколько объект должен отличаться по яркости от фона, чтобы его было видно. Контрастная чувствительность зависит от яркости фона, площади сигнала, его длительности.

        Цветовая чувствительность. Глаз различает семь основных цветов и более сотни их оттенков. Оптический анализатор включает два типа рецепторов: колбочки и палочки. Первые являются аппаратами хроматического (цветового)  зрения, вторые – ахроматического (черно-белого). При равенстве энергии воздействующих волн различия их длин ощущается как различия в цвете источников света или поверхностей предметов, которые его отражают.

      В сетчатке глаза человека есть три вида колбочек, максимум чувствительности которых приходится на красный, зелёный и синий участок спектра, то есть соответствует трем «основным» цветам.

      Зрительный  анализатор обладает определенной спектральной чувствительностью, которая характеризуется  относительной видимостью монохроматического излучения, большая видимость днем соответствует желто-оранжевой части  спектра, а ночью или в сумерках  -  зелено-голубой.  Спектральная чувствительность человеческого глаза  показана на рис. 3.

      При длине волны 0,555 мкм достигается, таким образом, максимум чувствительности зрительного анализатора. Эта особенность  зрения учитывается при проектировании средств обеспечения безопасности или предметов, которые должны легко  обнаруживаться (например, одежда дорожных рабочих, костюм космонавта, «черный  ящик» самолета). 

      Острота зрения. При оценке восприятия пространственных характеристик основным понятием является острота зрения, которая характеризуется минимальным углом, под которым две точки видны как раздельные. Острота зрения зависит от освещенности, контрастности, формы объекта и других факторов. С увеличением освещенности, острота зрения возрастает. При уменьшении контрастности острота зрения снижается. Острота зрения зависит также от места проекции изображения на сетчатке глаза.

      Инерция зрения. Ощущение, вызванное световым сигналом, в течение определенного времени сохраняется, несмотря на исчезновение сигнала или изменение его характеристик, в течение 0,1 - 0,2 с. Известно, что при действии прерывистого светового раздражителя возникает ощущение мельканий. Из—а инерционных свойств зрения эти мелькания при определенной частоте сливаются в ровный немигающий свет. Частота, при которой мелькания исчезают, называется критической частотой слияния мельканий. В том случае, когда мелькания света используются в качестве сигнала, оптимальной частотой является частота в пределах 3-10 Гц. Инерция зрения, кроме того, обусловливает стробоскопический эффект. Он заключается в следующем: если время, разделяющее дискретные акты наблюдения, меньше времени сохранения зрительного образа (0,1 – 0,2с), то наблюдение субъективно ощущается как непрерывное. При этом возникает, например, иллюзия движения при прерывистом наблюдении отдельных объектов или иллюзия неподвижности (замедление движения), возникающая, когда движущийся предмет периодически занимает прежнее положение. В частности, при освещении пульсирующим светом  вращающиеся части оборудования казаться неподвижными и представлять опасность для человека.

      Поле  зрения. При восприятии объектов в двухмерном и трехмерном пространстве различают поле зрения и глубинное зрение. Бинокулярное поле зрения охватывает в горизонтальном направлении 120-160°, вертикали вверх - 55-60° и вниз - 65-72°. При восприятии цвета размеры поля зрения снижаются. Зона оптимальной видимости ограничена полем: вверх - 25°, вниз - 35°, вправо - °, влево по 32°. Глубинное зрение связано с восприятием пространства. Так ошибка оценки абсолютной удаленности на расстоянии до 30м составляет в среднем 12% общего расстояния.

      Слуховой  анализатор.  Значительная часть информации об окружающей среде, в том числе о различных опасностях, поступает к человеку в виде звуковых сигналов.  Как известно, звук – это колебания упругой среды, звуковая волна распространяется в воздухе, в воде, в твердых телах и является носителем энергии, которую называют силой звука или интенсивностью J  . Основными параметрами звуковых сигналов являются, таким образом, интенсивность и частота, которые субъективно в слуховых ощущениях воспринимаются как громкость и высота. Но орган слуха (слуховой рецептор) воспринимает среднеквадратичное звуковое давление - т.е. звуковое давление, усредненное по времени Т₀.  Для органа слуха человека время усреднения Т₀ составляет 30 ¸ 100 мс. Звуковое давление связано с интенсивностью звука зависимостью

      J = ,                                            

      где  r - плотность воздуха,   с - скорость звука в воздухе. 

      Пороги  чувствительности. Нижний порог (порог слышимости) зависит от частоты ощущаемых звуков. На так называемой эталонной частоте 1000 Гц порог слышимости составляет около 2×10^-5 Па. Верхним порогом является порог болевого ощущения, который составляет около 200 Па. Соотношение интенсивности и частоты определяет ощущение громкости звука.  Человек оценивает как одинаково громкие звуки, имеющие различную частоту и интенсивность, что иллюстрируется кривыми равной громкости, приведенными на рис.4. По оси абсцисс отложены значения частот f в герцах (Гц), по оси ординат – уровни звукового давления в децибелах (см. ниже).

      Дифференциальный  порог. Абсолютный дифференциальный порог (порог различения частот) равен примерно 2-3 Гц. Относительный дифференциальный порог является почти постоянным и равен 0,002.  Максимальная чувствительность слухового анализатора лежит в диапазоне частот 3..5 кГц (см. рис. 5).

      

 

      Рис. 4.  Кривые равной громкости

      

 

      Рис. 5.  Кривая чувствительности S слухового анализатора

      Выше  было сказано, что  чувствительность слухового анализатора по звуковому  давлению лежит в диапазоне  2×10^-5 Па… 200 Па. Интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости ~10^-12 . Работать с такими единицами неудобно. Для практических целей были введены понятие логарифмического уровня и специальная единица «Бел» (в честь Белла - изобретатель телефона).