Шум как экологическая проблема

Здравствуйте, в студии – Владимир Фрадкин.

Согласно опросам, для большинства жителей Европы главной экологической проблемой является шум. Он вездесущ: на работе и дома, на улице и в магазине, – громкие и раздражающие звуки сопровождает человека повсюду. К тому же от него практически нет спасения ни днём ни ночью: глаза человек может закрыть, но уши воспринимают звуки всегда. Тем прискорбнее, что шумовое загрязнение окружающей среды продолжает нарастать, несмотря на все принимаемые меры вроде звукоизолирующих стеклопакетов в домах или шумоотражающих экранов вдоль автотрасс. Впрочем, уже само по себе определение шума не столь уж однозначно. Как правило, в приводимых справочниками формулировках не учитываются индивидуальные особенности восприятия звуков человеком. Между тем, оно зависит от множества факторов, – подчёркивает Фолькер Ирмер (Volker Irmer), возглавляющий отдел «Снижение уровня шума промышленного оборудования и готовых изделий» в Федеральном ведомстве по защите окружающей среды в Берлине:

Ирмер: Оно зависит от времени суток, от источника шума, от настроения, от возраста, от состояния здоровья, от характера моей работы, от того, устал я или нет, от того, чем собираюсь сейчас заниматься, от того, поскандалил ли я с тем, кто как раз и производит этот шум...

Джой Хензеле (Joy Hensele), специалистка в области экологического права, занимает в городке Хаттерсхайм близ Франкфурта-на-Майне необычную общественную должность при городском управлении: она – первая в Германии уполномоченная по проблеме покоя. Не тишины, прошу заметить, и не борьбы с шумом, а именно покоя. Касаясь воздействия звуков на человека, Джой Хензеле поясняет:

Хензеле: В Гренландии, например, царит абсолютная тишина. Это вызывает что-то вроде агорафобии, боязни открытого пространства, чувствуешь себя крайне неуютно. То есть тут важно отметить, что тишина и покой – это вещи разные. Покой предполагает отсутствие не вообще каких бы то ни было звуков, а лишь звуков неприятных. Скажем, водопад может производить изрядный шум и в то же время давать ощущение покоя.

Кроме того, слуховое ощущение зависит не только от амплитуды звукового давления или от интенсивности звука, но и от его частоты. Человек слышит низкие и высокие частоты гораздо хуже, чем частоты в среднем диапазоне от 1 до 5 кГц. К тому же наш слуховой аппарат устроен так, что линейное изменение звукового давления субъективно не воспринимается как линейное изменение громкости – тут зависимость гораздо сложнее. Поэтому важнейшей физической величиной при описании шума является не громкость, а уровень силы звука, измеряемый в белах, вернее, в десятых долях бела – децибелах. Фолькер Ирмер поясняет:

Ирмер: Эти пресловутые децибелы, а также децибелы в «А»-скорректированном значении, являясь единицами относительными, в принципе позволяют измерять изменение значений любых физических величин. Однако наиболее широко они применяются в акустике и радиотехнике. Будучи логарифмической, шкала децибел довольно точно отвечает особенностям человеческого уха, а внесение весовой поправки «А» позволяет учесть и частотную нелинейность слухового восприятия.

Мы не станем углубляться в дебри теории логарифмов, заметим лишь, что минимальное изменение громкости, которое способен уловить человек, как раз и составляет примерно 1 децибел. Если к одному источнику шума добавить второй точно такой же, уровень звукового давления возрастёт примерно на 3 децибела. Увеличение интенсивности звука в 100 раз субъективно воспринимается как увеличение громкости всего лишь вдвое. И ещё несколько цифр для сравнения: если слуховой порог принять за 0 децибел, то уровень звука в зимнем лесу в безветренную погоду составляет 3 децибела, шорох листьев в летнем лесу – 10 децибел, шёпот на расстоянии в 1 метр – 20 децибел, нормальная разговорная речь – 50 децибел. Уровень шума на оживлённой улице достигает 60-ти децибел ночью и 70-ти – днём. Реактивный самолёт на высоте в 600 метров создаёт шум в 105 децибел, отбойный молоток – в 120 децибел. 140 децибел – это болевой порог. А уровень звука, превышающий 180 децибел, может быть смертельным.

Сегодня уже каждый четвёртый житель Германии страдает ухудшением слуха. Это – лишь одно следствие звукового загрязнения окружающей среды. Есть и другие – например, депрессии. Или язвы желудка. А прежде всего – заболевания сердечно-сосудистой системы. Однако, как ни странно, осознают это далеко не все. Джой Хензеле говорит:

Хензеле: Многие из тех, кто подвержен постоянному воздействию шума, даже не знают, что это повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Согласно некоторым исследованиям, шум увеличивает вероятность инфаркта миокарда примерно в такой же степени, что и пассивное курение.

По оценке Федерального ведомства по защите окружающей среды, каждый 50-й инфаркт миокарда связан с шумовым загрязнением. Однако давать конкретные рекомендации очень трудно, – говорит Фолькер Ирмер:

Ирмер: Мы изучаем этот феномен уже 20-30 лет и всё ещё получаем высказывания типа: при таком-то уровне шума дискомфорт испытывают столько-то людей, при таком-то – столько-то. Всё это плавные кривые, не имеющие так называемых особых точек, то есть изломов. Если бы мы имели график с резким скачком, мы могли бы сказать: вот та граница, переступать которую нельзя. А так последнее слово остаётся за политиками: им решать, какую часть населения они хотят оградить от шума – 10, или 20, или 50 процентов.

Источником шума номер один в современной промышленно развитой стране, вне всякого сомнения, является транспорт. В Европейском союзе более 80-ти миллионов человек ежедневно страдают от транспортного шума, уровень которого превышает 65 децибел. И это число растёт, поскольку транспортные сети становятся всё гуще, движение – всё интенсивнее. Поэтому многие научно-исследовательские институты Германии принимают самое активное участие в совместном проекте под названием «Тихий транспорт». Наша цель – борьба с шумом в месте его возникновения, – говорит Вольфрам Бартоломеус (Wolfram Bartholomäus), сотрудник лаборатории шумов Федерального научно-исследовательского института дорожного хозяйства. В рамках проекта «Тихий транспорт» здесь работают над оптимизацией взаимодействия шин с дорожным покрытием. Вольфрам Бартоломеус поясняет:

Бартоломеус: Применяемая нами стандартная методика состоит в дистанционном измерении уровня шумовой нагрузки, создаваемой среднестатистическим проездом транспортного средства. Эта методика стандартизирована и предполагает регистрацию уровня шума с помощью микрофона, установленного на расстоянии в 7,5 метров от проезжей части дороги на высоте 1,2 метра. Одновременно регистрируются показания спидометра, что позволяет выявить зависимость уровня шума от скорости движения.

При скоростях, превышающих 80 километров в час, доминирующим становится шум качения колеса. Причём тут действуют сразу два механизма. Во-первых, шины вибрируют наподобие диффузоров громкоговорителя. А во-вторых, при контакте шины с дорогой воздух, заключённый между грунтозацепами, то есть выступами протектора покрышки, сперва сжимается, а затем выходит наружу с громким свистящим звуком. Один из способов снизить негативное воздействие этого эффекта – так называемый шумопоглощающий асфальт, то есть асфальт с высокой пористостью. Доктор Вольфганг Шульте (Wolfgang Schulte), руководитель отдела дорожного строительства Федерального научно-исследовательского института дорожного хозяйства, говорит:

Шульте: Этот пористый асфальт позволяет нам снижать уровень шума на 5 децибел. Это весьма неплохой результат, если иметь в виду, что уже 3 децибела явственно ощущаются на слух как заметное снижение уровня шума.

Что же представляет собой такой высокопористый асфальт?

Шульте: Речь идёт о мелких пустотах в асфальтовом дорожном покрытии, в верхнем его слое толщиной около 4-х сантиметров. Такая структура способна эффективно гасить воздушные колебания, то есть поглощать шум.

Изменив состав смеси в части минеральных компонентов и исключив из неё мелкий щебень, дорожники добились того, что объём пустот в таком пористом асфальтовом покрытии достигает уже 25-ти процентов, тогда как в обычных асфальтовых покрытиях он составляет лишь около 6-ти процентов. Однако не всё так просто. Инженер Хорст Бремер (Horst Bremer), руководитель Хагенского филиала Вестфальского дорожно-строительного управления, говорит:

Бремер: Пористость – это, конечно, проблема. Кислород проникает довольно глубоко в такое покрытие, и там начинаются процессы окисления, которые могут оказать негативное воздействие, прежде всего, на битумы. Это вынуждает нас использовать только самые качественные материалы и смеси – например, высокосортные щебни с очень большой прочностью кромок. Кроме того, приходится применять особые вяжущие, устойчивые к воздействию атмосферных факторов, – битумы, модифицированные полимерами или эластомерами.

А значит, шумопоглощающий асфальт гораздо дороже обычного и используется лишь там, где другими методами обеспечить соблюдение предписанных норм невозможно. Ещё одна проблема – низкая морозоустойчивость: вода, замерзая в пустотах, разрушает покрытие. Есть и третья проблема – долговечность, но не покрытия как такового, а его шумопоглощающих свойств. По мере эксплуатации дождь и снег забивают поры грязью, и шумопоглощающий эффект сходит на нет. Поэтому сегодня ведутся испытания нового поколение пористого асфальта – так называемого двуслойного. Вольфганг Шульте поясняет:

Шульте: Здесь предпринята попытка и нижний слой покрытия тоже выполнить пористым. Таким образом, жидкая грязь промывается через поры верхнего слоя насквозь и попадает в нижний слой, а тот выполняет дренажную функцию, то есть задерживает грязь и отводит воду из-под дорожной одежды в сторону

Пока испытания нового двуслойного асфальта на участке федеральной трассы «А-3» в районе Зигбурга идут успешно:

Шульте: Однажды мы не отказали себе в удовольствии пробурить такое дорожное покрытие, извлечь керн и посмотреть, куда же делась эта самая грязь, которая доставляла нам столько хлопот. Оказалось, что мы не ошиблись: под полотном проезжей части вся грязь действительно скапливалась в нижнем слое дорожной одежды.

Однако испытания должны продлиться ещё 8 лет – и лишь тогда станет ясно, насколько удачным оказалось предложенное техническое решение. Никакого способа ускорить этот процесс нет, как нет и оборудования, способного промыть асфальт, освободив его шумопоглощающие поры от забившей их грязи.

Ещё один участник проекта «Тихий транспорт» – Технический университет в Берлине – специализируется на железнодорожном транспорте. Один из главных источников шума здесь – тормозные колодки грузовых составов, выполненные из серого чугуна. Они являются причиной грохота даже в том случае, если поезд проходит мимо без торможения. Профессор Маркус Хехт (Markus Hecht) говорит:

Хехт: При торможении в месте трения колеса о рельс возникают очень высокие температуры. Тормозные колодки из серого чугуна подплавляются – конечно, речь идёт об очень маленьких частицах. Эти частицы прикипают к колесу, но не равномерно, а с интервалами сантиметров в 5-6, образуя небольшие наросты – так называемые рифли. Такое рифлёное колесо вызывает усиленную вибрацию рельсов – и само тоже вибрирует. Возникающий при этом шум может иметь разную частоту – она зависит от скорости движения состава. Высокий уровень шума связан с тем, что в акустическом отношении колесо представляет собой что-то вроде колокола, то есть является резонатором. Да и рельсы сами по себе тоже довольно слабо гасят вибрацию.

На первый взгляд, справиться с этим источником шума достаточно просто: уже давно разработаны надёжные тормозные колодки из полимеров, не образующие на колёсах рифлей и позволяющие достичь колоссального шумопонижающего эффекта – до 20-ти децибел. Такие колодки действительно находят применение, но лишь при производстве новых вагонов, а вот переоборудование старых себя не окупает, и грузовые составы продолжают грохотать как и прежде. Впрочем, если не более громкий, то, пожалуй, ещё более противный звук издают трамваи и поезда метро, особенно на поворотах. Профессор Хехт поясняет:

Хехт: При прохождении кривых в точке соприкосновения колеса с рельсом имеет место проскальзывание – причём как в продольном, так и в поперечном направлениях. В результате этого трения возникают колебания. Как скрипичная струна начинает звучать, когда по ней проводят смычком, точно так же рождаются звуки и в результате взаимодействия колеса с рельсом. Скольжение порождает колебания, частота которых определяется собственной резонансной частотой колеса.

Чтобы избежать этого скрипа, в метро Гамбурга, например, на кривых участках путей на рельсы в качестве смазки подаётся вода. Правда, такой метод приводит к усиленной коррозии рельсов, но другого пока никто не предложил. Точно так же, впрочем, никто не знает, как эффективно бороться с авиационным шумом, на который жалуется каждый второй житель Германии. Расположенный в Кёльне Немецкий центр аэрокосмических исследований обратился к этой проблематике три года назад. Александр Замель (Alexander Samel), глава отдела «Физиология полёта», говорит:

Замель: Мы сконцентрировались на изучении нарушений сна, вызываемых шумом, поскольку до сих пор в этой области накоплено не так уж много знаний. Известно лишь, что шум негативно влияет на состояние сердечно-сосудистой системы. Известно также, что он, видимо, воздействует на гормональный обмен. Но в целом специальных исследований по этой проблематике проводилось мало, а широкомасштабных научных экспериментов с участием большого количества пациентов не проводилось вовсе. Однако чтобы принимать какие-то решения, давать оценки и рекомендации, необходимо досконально знать суть вопроса. Поэтому наши исследования призваны хотя бы отчасти восполнить этот пробел.

Эксперименты проводятся и в полевых условиях, и в специально оборудованной лаборатории. На протяжении 13-ти ночей за каждым из подопытных наблюдают врачи.

Замель: Мы регистрируем все сигналы, необходимые для оценки глубины сна наших пациентов. Это означает, что к голове подопытных прикрепляется множество тонких электродов. Во-первых, мы снимаем электроэнцефалограмму, регистрирующую электрическую активность различных участков мозга, во-вторых, электромиограмму, позволяющую судить об активности лицевых мышц, и в-третьих, электроокулограмму, регистрирующую движения глаз. Полученные таким образом данные дают нам представление о качественных характеристиках сна.

Спящим подопытным проигрывается запись звука пролетающего самолёта – от 4 до 128 раз за ночь с уровнем шума от 50-ти до 80-ти децибел. Иными словами, воссоздаются условия, близкие к реальности: именно такой шумовой нагрузке подвергаются люди, живущие в окрестностях Франкфуртского или Кёльнского аэропортов. О результатах исследования говорить пока рано. Однако ясно одно: несмотря на отчаянные усилия учёных, окончательной победы над шумом не предвидится, – говорит Александр Замель:

Замель: В этом и состоит фундаментальное противоречие между мобильностью, необходимой и мне лично, и обществу в целом, и тем бременем, которое эта мобильность накладывает на общество и на каждого из нас.

Вот и всё на сегодня в радиожурнале «Наука и техника». На этом я, Владимир Фрадкин, прощаюсь с вами, всего вам доброго, до следующей встречи.