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.

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).

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.

Прием и анализ информации происходит в световом диапазоне (380...760 нм) электромагнитных волн. Цветовые ощущения вызываются действием световых волн, имеющих различную длину. Глаз различает семь основных цветов и более сотни их оттенков. Наибольшая чувствительность в условиях обычного дневного освещения достигается при длине волн 554 нм (в желто-зеленой части спектра) и убывает в обе стороны от этого значения.

Приблизительные границы длин волн и соответствующие им ощущения показаны на рис. 7. Характеристикой чувствительности является относи-тельная видность – Кλ= Sλ/S_max, где S_max– ощущение, вызываемое источником излучения с длиной волны 554 нм; Sλ – ощущение, вызываемое источником той же мощности с длиной волны λ.

На ощущение цвета влияют яркость источника света, коэффициент отражения или пропускания света объектом, качество и интенсивность освещения, одновременный или последовательный контраст.

Глаз 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. Слуховой анализатор обладает высокой чувствительностью, находится в постоянной готовности к приему информации и позволяет частично «разгрузить» зрительный анализатор.

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.

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:

,

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. 8).

Р, Па Верхний порог – 20…63

L, дБ

Верхний порог слышимости (болевой порог)

0

Нижний порог – 2·10-5

30 125 500 2000 8000 22000 f,Гц

Рис. 8. Диаграмма области слухового восприятия

Порог слышимости зависит от частоты звука,а также от индивидуальных особенностей, возраста людей. Абсолютный порог слышимости имеет тенденцию с возрастом уменьшаться.

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).