В структуре профессиональных заболеваний ЛОР-органов сенсоневральная тугоухость (СНТ) занимает первое место (54,8%) [1, 2]. Данная патология встречается во всех отраслях производства, но превалирует среди работников транспорта. Так, СНТ в структуре заболеваемости в гражданской авиации составляет более 20% и приводит к дисквалификации 68% летного состава [3]. Более 50% авиационных специалистов Военно-воздушных сил Минобороны России также в результате шумового воздействия имеют СНТ различной степени [4-6].

Актуальность проблемы заключается также и в том, что, несмотря на проводимые лечебно-профилактические мероприятия, частота встречаемости профессиональной СНТ не только не снижается, но даже имеет тенденцию к росту. Этому способствует ряд факторов, и в первую очередь, отсутствие или недостаточная эффективность средств защиты от шума [7].

В соответствии с требованиями по технике безопасности на рабочих местах, где не удается добиться снижения шума до предельно допустимого уровня (ПДУ) организационно-техническими мероприятиями, следует применять средства индивидуальной защиты (СИЗ), выбор которых рекомендуется проводить применительно к характеру спектра и уровню шума на рабочих местах. Согласно ГОСТ 12.1.029-80, СИЗ в зависимости от конструктивного исполнения подразделяются на противошумные наушники (ПШН), вкладыши, шлемы (ПШШ) и др.

Наиболее широко используются ПШН, которые целесообразно применять на рабочих местах с уровнями звука до 100-110 дБА [8, 9]. В соответствии с действующими документами, их акустическая эффективность оценивается упрощенным методом с помощью микрофонов (ГОСТ Р 12.4.213-99) и субъективным методом - по результатам пороговой аудиометрии (ГОСТ Р 12.4.211-99). По мнению ряда авторов, наряду с указанными методами целесообразно использовать медико-биологические методы, позволяющие дать оценку эффективности противошумов в производственных условиях [8, 10, 11], так как часто заявленная эффективность СИЗ не соответствует реальности [12].

При уровнях шума свыше 100-110 дБА требуется не только защита органа слуха от поступления звука по воздушному каналу, но и необходимо уменьшение влияния шума на костный путь проведения звука, что достигается путем использования ПШШ [13, 14]. В отличие от ПШН, стандартной методики оценки акустической эффективности ПШШ не существует. Как правило, для этого используется измерение уровня звука с помощью микрофона, размещенного в подшлемном пространстве с использованием манекена головы [15]. Использование микрофона в подобных условиях носит спорный характер, ибо в формировании звукового поля появляется много неконтролируемых факторов.

Цель работы - оценить в экспериментальных условиях возможности метода тональной аудиометрии для определения звукопоглощающих свойств различных материалов.

Исследования выполнялись на диагностическом аудиометре AD 229 («Interacoustiс», Дания) в специально оборудованном помещении. Исследование производили в соответствии с методикой регистрации аудиограмм [16]. В начале исследования определяли пороги восприятия звуков по воздушной проводимости в диапазоне частот 125-8000 Гц, затем по костной проводимости в диапазоне 250-8000 Гц. Громкость регулировали ступенчато шагом в 5 дБ.

Всего в исследовании принимали участие 15 мужчин и женщин в возрасте от 19 до 32 лет. Функциональное состояние слуха у лиц, принимавших участие в испытаниях, соответствовало физиологической норме. Различий в уровне слуха между правым и левом ухом не выявлено.

При определении акустических свойств материалов под костный телефон-вибратор (КТВ) помещали прокладку из исследуемого материала размером 5×7 см, после чего определяли пороги по костной проводимости в соответствующем диапазоне частот. Наушники при этом не снимали, воздушную маскировку не проводили (определяли абсолютную костную проводимость). Оценку звукопоглощения исследуемого материала оценивали в каждой октавной полосе от 250 до 8000 Гц по разности величин между исходной аудиограммой и аудиограммой с материалом.

При стандартных измерениях КТВ прижимается к области сосцевидного отростка с помощью оголовья. Это может приводить к деформации подлежащих материалов и, как следствие, к снижению звукопоглощения. Поэтому были проведены исследования, при которых КТВ удерживался на сосцевидном отростке рукой оператора.

При выборе материала для исследования использовали два критерия: 1) материал по механическим свойствам должен иметь сходство с биологическими тканями, участвующим в проведении звука от места прикрепления КТВ до улитки: кость - сталь, пластик; кожа, кровь, вода - резина, пластилин; легкие - поролон) [17]; 2) материал должен обладать звукопоглощающей способностью, что позволит использовать его для изготовления СИЗ.

Работа выполнена в три этапа: на первом исследовали величину звукопоглощения каждого из пяти материалов; на втором - по результатам первого этапа из выбранных материалов, обладающих звукопоглощающими свойствами, делали различные комбинации из 2-4 слоев для увеличения поглощения звука; на третьем при исследовании материалов фиксацию КТВ осуществляли рукой оператора (на первом и втором этапах - с помощью оголовья).

При статистической обработке данных применяли среднее значение показателя (М), стандартную ошибку среднего (m) и корреляционный анализ.

На первом этапе проводили исследование звукопоглощающей способности каждого из материалов, обладающих различными механическими свойствами (табл. 1).

Из табл. 1 следует, что стальная пластина и пластик практически не обладают звукопоглощением во всем исследуемом диапазоне частот, а в ряде случаев могут даже способствовать усилению сигнала. Резина и пластилин обладают звукопоглощающей способностью только в высокочастотном диапазоне (от 1000 до 8000 Гц), а величина поглощения звука колеблется от 3 до 10 дБ. У поролона выявлено звукопоглощение от 4 до 14 дБ во всем диапазоне частот. Величина поглощения звука в низкочастотном (250 Гц) и среднечастотном (500 Гц) диапазонах не превышала 4 дБ, а в высокочастотном колебалась от 5 до 14 дБ и увеличивалась с повышением частоты.

Таким образом, на основании данных тональной аудиометрии продемонстрированы различия в величине звукопоглощения каждого из пяти исследуемых материалов, которые колебались в достаточно широком диапазоне от –5 до 14 дБ в зависимости от частоты сигнала.

На втором этапе работы использовали материалы с подтвержденными на первом этапе звукопоглощающими свойствами - поролон, резину и пластилин. Комбинация материалов, обладающих разной величиной поглощения звука, способна повысить звукопоглощение (табл. 2).

Из табл. 2 следует, что комбинация поролона и резины практически не сопровождалась повышением звукопоглощения пакета по сравнению с перечисленными материалами. Комбинация поролона и пластилина сопровождалась повышением звукопоглощения пакета от 2 до

6 дБ в диапазоне частот 1000-8000 Гц. Изменение порядка расположения этих материалов в пакете по отношению к тканям головы (пластилин+поролон) давало меньшие величины поглощения звука.

Пакет из резины и пластилина обладал более высоким звукопоглощением на частотах 1000-8000 Гц, чем каждый из этих материалов в отдельности. Величина ее увеличилась от 1 до 8 дБ. Изменение порядка расположения этих материалов в пакете по отношению к тканям головы (пластилин и резина) давало меньшие величины звукопоглощения.

Как видно, комбинация из двух материалов способствовала повышению звукопоглощения. В области низких частот величина поглощения звука пакетов не превышала 2 дБ, в среднечастотном диапазоне повысилась до

5 дБ и в высокочастотном достигала наибольших значений до 19 дБ. При этом лучшие результаты были получены в исследованиях, когда поролон и резина контактировали с тканями головы.

Комбинация из трех материалов (поролон + пластилин + резина) способствовала увеличению звукопоглощения во всем диапазоне частот по сравнению с пакетами из двух материалов на 2-3 дБ. Изменение порядка расположения в пакете (резина + поролон + пластилин) приводило к более значимому повышению звукопоглощения практически во всем диапазоне частот на 1-7 дБ.

Следовательно, наиболее эффективной оказалась комбинация из трех материалов (резина + поролон + пластилин). В области низких частот величина поглощения звука не превышала 5 дБ, в среднечастотном диапазоне она повысилась до 8 дБ и в высокочастотном достигала наибольших значений (15-29 дБ).

Комбинация из четырех слоев (поролон + резина + поролон + пластилин) не приводила к изменению величины звукопоглощения по сравнению с пакетом из трех материалов (см. табл. 2).

Для исключения влияния деформации материалов за счет прижима оголовья были проведены исследования, при которых КТВ удерживался на сосцевидном отростке рукой оператора (табл. 3).

Из табл. 3 следует, что изменение способа фиксации КТВ незначительно увеличило звукопоглощение при стандартном измерении на сосцевидном отростке и при использовании металлической стальной пластины, но величина повышения в основном не превышала 2 дБ и была статистически не достоверной. При проведении измерений подача акустического сигнала через КТВ повышается последовательно от подпороговых до пороговых значений с шагом 5 дБ. Соразмерность этих двух величин позволяет утверждать, что изменение фиксации КТВ не будет влиять на величину звукопоглощения.

Устранение деформации привело к увеличению величины звукопоглощения во всем диапазоне частот у пластилина на 2-13 дБ, у резины - на 3-17 дБ, а максимальные значения определены у поролона - на 15-26 дБ. При комбинации материалов величина звукопоглощения повышалась. Так, у пакетов из двух материалов наибольшие значения были при комбинации пластилин + поролон (11-37 дБ), из трех материалов (резина + поролон + пластилин) - 15-33 дБ и из четырех слоев (поролон + резина + поролон + пластилин) - 25-37 дБ (см. табл. 3).

Следовательно, изменение метода фиксации КТВ сопровождалось существенным изменением величины поглощения звука во всем частотном диапазоне, что указывает на достаточно высокую чувствительность предложенного способа измерения.

Проведенные с помощью КТВ исследования на материалах, имеющих разные механические характеристики, показали изменение звукопроводности в широком диапазоне от –5 до 14 дБ. Наиболее высокие величины снижения акустического сигнала получены при исследовании поролона, а применение стальной пластины давало практически обратный эффект - усиление до –5 дБ.

Анализ полученных результатов показывает, что величина поглощения звука имела обратную связь как со скоростью распространения звука в материалах, так и их удельной плотностью (табл. 4).

В области низких частот эта связь была малой (r=0,28, p≤0,05), в области средних и высоких частот - средней (r=0,59-0,71, p≤0,05).

При фиксации КТВ рукой эта связь увеличивалась до r=0,59 (p≤0,05) в области низких частот до r=0,63 в области средних частот и r=0,74-0,83 (p≤0,05) в области высоких частот.

Величины коэффициентов корреляции двух переменных были схожими на всех частотах, что можно объяснить выраженной прямой связью между ними (r=0,88, p≤0,05).

Полученные данные свидетельствуют о том, что у материалов с меньшей скоростью распространения звука и меньшей плотностью величина звукопоглощения увеличивается. Поэтому при выборе материалов для СИЗ следует ориентироваться на такие механические параметры, как скорость звука или удельная плотность материала. Звукопоглощение материалов повышается с увеличением частоты звука, достигая максимальных значений в области высоких частот.

На правомочность использования оценки акустической эффективности с помощью тональной аудиометрии указывает коэффициент звукопоглощения, который также имеет обратную связь с плотностью материала. Так, у твердых материалов с плотностью 300-400 кг·м^–3 коэффициент звукопоглощения равен 0,5; у полужестких материалов с плотностью 80-130 кг·м^–3 (минераловатные и стекловолокнистые плиты) - 0,5-0,75, и у мягких материалов (минеральная вата, поролон) с плотностью до 70 кг·м^–3 - 0,7-0,95.

На основании полученных результатов можно утверждать, что по костной проводимости с помощью КТВ можно давать сравнительную и количественную оценку наличия у материала звукопоглощающих свойств.

Результаты экспериментальных исследований показали, что сочетание нескольких материалов может сопровождаться усилением поглощения звука. Были выявлены определенные последовательности расположения материалов, которые влияли на звукопоглощение и позволяли оптимизировать звукопоглощающие свойства пакета.

Устранение деформации материалов за счет изменения способа крепления КТВ приводило к значительному повышению поглощения звука.

Полученные с помощью КТВ результаты отображают закономерности изменения поглощения звука за счет изменения механических характеристик материалов.

Методика исследования костной проводимости, которая широко используется при проведении тональной аудиометрии, позволяет оценивать акустическую эффективность материалов для создания СИЗ от шума. На основе метода тональной аудиометрии можно разработать субъективный метод измерения поглощения звука, который необходим при разработке и оценке акустической эффективности ПШШ и противошумовой одежды.