Характеристика сенсорных систем с точки зрения безопасности
Зрительная система
Важнейшим условием правильной ориентации человека в окружающей среде является зрение, т.к. 80 % всей информации человек получает в результате реакции на визуальное раздражение.
Зрительная система управляется большим числом биокибернетических устройств, действующих в глазе и других нейронах.
Главными особенностями человеческого глаза являются способность к аккомодации (способность зрения приспосабливаться к расстоянию до обозреваемого предмета) и адаптации(способность зрения приспосабливаться к световым условиям окружающей среды).
Приспособление глаза к различению объекта осуществляется за счет трех процессов:
аккомодация – изменение кривизны хрусталика глаза таким образом, чтобы изображение предмета оказалось в плоскости сетчатки глаза (при изменении кривизны хрусталика происходит изменение величины фокусного расстояния – осуществляется «наводка на фокус»);
конвергенция – поворот осей зрения обоих глаз так, чтобы они пересекались на рассматриваемом объекте;
адаптация– приспособление глаза к данному уровню освещения.
Процессадаптации заключается в изменении площади зрачка. При адаптации глаза кроме изменения площади зрачка происходят другие процессы.
Хорошо известно, что при переходе из светлого помещения в темное способность различать детали возникает медленно, и, наоборот, при выходе из темного помещения в светлое сначала возникает состояние ослепленности.
При переходе от больших освещенностей к практической темноте процесс адаптации происходит медленно и заканчивается за 1...1,5 часа. Обратный процесс идет быстрее и длится 10...15 минут. В обоих случаях речь идет о полной переадаптации зрения; при изменении яркости не более чем в 5...10 раз переадаптация происходит практически мгновенно.
Эти особенности зрительного аппарата позволяют обеспечить:
- остроту зрения,т.е. различать наименьшие детали предмета;
- контрастную чувствительность,т.е. различать минимальную разность яркостей рассматриваемого предмета и фона;
- скорость узнавания – наименьшее время, необходимое для различения деталей предмета.
Восприятие визуальной информации ограничено пределами поля зрения – это пространство, обозреваемое человеком при неподвижном состоянии глаз и головы. В пределах угла зрения 30-400 условия для видения оптимальны.
В этом диапазоне целесообразно помещать основные носители информации, так как в нем воспринимаются и движения, и резкие контрасты.
Изображение, вызванное световым сигналом, сохраняется на сетчатке глаза в течение некоторого времени, несмотря на исчезновение сигнала. Эта инерция зрения, как показывают исследования, находится в пределах 0,1…0,3 с. Благодаря инерции зрения, при определенной частоте мелькающий сигнал начинает восприниматься как постоянно светящийся источник. Такую частоту называют критической частотой слияния мельканий. Если мелькания света используются в качестве сигнала, частота слияния должна быть оптимальной – 3…10 Гц.
Инерция зрения обусловливает стробоскопический эффект. Если время, разделяющее дискретные акты наблюдения, меньше времени гашения зрительного образа, то наблюдение субъективно ощущается как непрерывное. Стробоскопический эффект способствует возникновению иллюзии движения при прерывистом наблюдении отдельных объектов; иллюзии неподвижности или замедления движения, если движущийся предмет периодически занимает прежнее положение; иллюзии вращения в противоположную от реального направления сторону, если частота вспышек света больше числа оборотов вращающегося предмета.
В диапазоне воспринимаемого зрением спектра (длина волн 380…780 нм) происходит качественная оценка зрительного ощущения, обусловленного цветом. Цвет – это результат аналитической оценки зрением светового потока. Ощущение цвета возникает, когда спектр отклоняется от нейтрального или бесцветного (дневного) света и в нем возникают участки различного спектрального состава (с определенной длиной волн) или доминируют волны определенной длины. Приблизительные границы длин волн хроматического цвета и соответствующие им ощущения следующие:
| Длина волны,нм | Цвет |
| 380 – 455 455 – 470 470 – 500 500 – 540 540 – 590 590 – 610 610 – 780 | фиолетовый синий голубой зеленый желтый оранжевый красный |
На ощущение цвета влияют яркость источника света, коэффициент отражения или пропускания света объектом, качество и интенсивность освещения, одновременный или последовательный контраст.
Цветовое зрение является важным фактором на рабочих местах. Различные заболевания зрения или центральной нервной системы могут приводить к цветовой слепоте (человек воспринимает все цвета как серые).
Цветовое зрение обладает способностью меняться под влиянием принимаемых лекарственных средств или других химических веществ.
В табл. 5 приведены некоторые лекарственные вещества, вызывающие те или иные изменения цветового зрения.
К другим отклонениям относятся:
– дальтонизм – человек не различает отдельные цвета, обычно красный и зеленый;
– «куриная слепота» – человек с наступлением темноты теряет зрение.
Таблица 5
Обычные лекарственные вещества, вызывающие значимые изменения цветового зрения
| Вещество | Применение | Изменения цветового зрения |
| Барбитураты | Гипнотические и седативные средства | Временные дефекты в желто-зеленой зоне |
| Хинин | Противомалярийное средство, лечение артрита | Дефекты в синей, затем в желто-зеленой зоне |
| Кокаин | Анестетик и симпатомиметик | Усиливает чувствительность к синему и ослабляет ее к красному цвету |
| Адреналин | Симпатомиметик, стимулятор сердечной деятельности | Усиливает чувствительность к зеленому, ослабляет чувствительность к красному и оранжевому цветам |
| Атропин | Антисекреторное средство, вызывающее паралич аккомодационной мышцы | Уменьшает чувствительность к красному цвету |
| Сульфаниламиды | Антибактериальные препараты | Некоторое ослабление различения всех цветов |
| Змеиный яд | Обратимый дефект в красно-зеленой зоне | |
| Стрептомицин | Антибиотик | Дефекты в синей, затем в зеленой зоне |
| Опиум/морфин | Наркотические антибиотики | Дефект в красно-зеленой зоне, видение синего цвета усилено |
Глаз, обеспечивая безопасность человека, и сам снабжен естественной защитой. Рефлекторно закрывающиеся веки защищают сетчатку глаза от сильного света, а роговицу от механических воздействий. Слезная жидкость смывает с поверхности глаз и век пылинки, убивает микробы, благодаря наличию в ней лизоцима – фермента, растворяющего некоторые микроорганизмы. Защитную функцию выполняют и ресницы. Однако, несмотря на совершенство, естественная защита для глаз оказывается недостаточной, поэтому возникает необходимость в применении искусственных средств защиты.
Зрительное восприятие цвета, переработка получаемой зрительной информации в большой мере зависят от освещения. Поэтому необходимо уделять особое внимание формированию светового климата.
Слуховая система
С помощью органов слуха человек может оценить многочисленную и разнообразную слуховую информацию. Одни звуки приятны, другие отрицательно влияют на здоровье человека, некоторые звуки выполняют функцию сигналов, предупреждая об опасности.
Ухо человека состоит из трех «основных» частей: наружное ухо, среднее ухо и внутреннее ухо. Звуковые волны направляются в слуховую систему через наружное ухо к барабанной перепонке, колебания которой передаются к внутреннему уху, где колебания барабанной перепонки преобразуются в колебания со значительно меньшей амплитудой, но более высокого давления. Возбуждение нервных окончаний слухового нерва доходит до коры головного мозга и вызывает восприятие звука. Механические колебания создают слуховое восприятие, когда их частота лежит в области 16 … 20000 Гц.
Под звуковым давлением понимают разность между мгновенным значением давления в данной точке пространства, где распространяется звук, и средним значением давления в невозмущенной среде. Органом слуха воспринимается среднеквадратичная величина звукового давления 
за период осреднения T = 30 … 100 мс.
, (5.4)
где Р – звуковое давление, Па.
При распространении звука происходит перенос энергии. Энергетической характеристикой звука является интенсивность (мощность звука) в любой точке – поток энергии, приходящейся на единичную площадку в направлении, нормальном распространению звуковой волны, Вт/м2.
Интенсивность звука связана со звуковым давлением следующим соотношением:
, (13)
где J– интенсивность звука, Вт/м2;
– среднеквадратичное звуковое давление;
– плотность среды, в которой распространяется звук;
с – скорость звука в этой среде.
Слуховое восприятие изображается на диаграмме нанесением величин звукового давления, при которых на каждой частоте возникает ощущение звука, и обозначается как кривая порога слышимости (рис. 12)
|
|
|
|
|
|
30 125 500 1000 2000 8000 22000 f, Гц
Рис. 12. Диаграмма области слухового восприятия
Порог слышимости, таким образом, зависит от частоты звука. Кроме того, он зависит от индивидуальных особенностей, возраста людей. Абсолютный порог слышимости имеет тенденцию с возрастом уменьшаться.
Слуховой анализатор обладает высокой чувствительностью, позволяет человеку воспринимать широкий диапазон звуков окружающей среды и анализировать их по силе, высоте тона, окраске, а также отмечать изменения по интенсивности и частотному составу, определять направление прихода звука.
Слуховой анализатор находится в постоянной готовности к приему информации и позволяет частично «разгрузить» зрительный анализатор.
Одна из важных особенностей слуховой сенсорной системы, имеющая прямое отношение к безопасности, – ее способность распознавать местонахождение источника звука без поворота головы. Это явление называется бинауральным эффектом. Физическая основа такой способности в том, что, распространяясь с конечной скоростью, звук достигает более удаленного уха позже и с меньшей силой; слуховая система способна выявить эту разницу уже на уровне 1 дБ, а запаздывание – на уровне 0,6 мс. Бинауральный слух имеет и иную, более важную для ориентации в пространстве, функцию: он помогает анализировать акустическую информацию в присутствии посторонних шумов. «Межушные» различия в интенсивности и направленности поступления сигналов используются центральной нервной системой для подавления фонового шума и выделения полезных звуков (например, позволяют сосредоточиться на нужном разговоре на многолюдном собрании).