Cele zrealizowanej rozprawy obejmują zagadnienia związane ze zmniejszeniem występowania chorób słuchu, upowszechnieniem wiedzy z zakresu wpływu hałasu na słuch, upowszechnieniem nowego sposobu pomiarów hałasu i oceny jego szkodliwego oddziaływania na słuch oraz udostępnieniem wyników pomiarów dla społeczeństwa.
W ostatnich latach obserwuje się dynamiczny rozwój technologii informacyjnych.
Dotyczy to przede wszystkim Internetu, łączności bezprzewodowej oraz upowszechnienia komputerów, zwłaszcza multimedialnych. Stwarza to moŜliwość zastosowania nowych technologii równieŜ w powszechnej diagnostyce słuchu i systemach monitorowania zagroŜeń hałasem [25][37]. Koncentracja wysiłków zmierzających do opracowania łatwych w uŜyciu i skutecznych narzędzi diagnostycznych jest jednym z głównych obszarów prac prowadzonych w Katedrze Systemów Multimedialnych. Motywem do działania w tym zakresie są wciąŜ liczne i alarmujące sygnały dotyczące stanu słuchu społeczeństwa, a zwłaszcza dzieci i młodzieŜy oraz klimatu akustycznego w kraju. Począwszy od lat 90. prowadzono liczne, kompleksowe badania narządu słuchu wśród dzieci i młodzieŜy ze szkół i uczelni. Badania te wykazały ubytki słuchu u około 1/3 badanych na poziomie przekraczającym 20 dB HL [91]. Badania rozpoczęte przed 1999 r. przez Instytut Fizjologii i Patologii Słuchu potwierdziły ten alarmujący stan. Zebrane dane epidemiologiczne wykazały, Ŝe co piąte dziecko w wieku 6–19 lat ma problemy ze słuchem. Skala i waga tego problemu jest na tyle duŜa, Ŝe badaniem takim powinna być objęta grupa około 7 milionów dzieci i młodzieŜy [39][183]. Wykonanie dokładnych badań słuchu na taką skalę jest zadaniem zarówno trudnym, jak i kosztownym. Z tego względu, w Katedrze Systemów Multimedialnych we współpracy z Instytutem Fizjologii i Patologii Słuchu, opracowano nowatorskie narzędzia diagnostyczne, umoŜliwiające przeprowadzenie wiarygodnych, przesiewowych testów słuchu [37][40].
Narzędzia te pozwalają na wcześniejsze wykrycie zaburzeń – nie tylko słuchu, ale i mowy, wzroku oraz rozpoczęcie leczenia czy rehabilitacji [36][37][183].
Wykonane prace, zmierzające do wykrycia zaburzenia narządu słuchu, umoŜliwiają podjęcie czynności zmierzających do ogólnej poprawy stanu zdrowia. Nie likwidują jednak przyczyny powstawania tych zaburzeń. Przyczyn tych jest bardzo wiele, zaliczyć do nich naleŜy: przebyte choroby, terapie farmakologiczne (głównie antybiotykowe), czy np. urazy mechaniczne [82][191]. Jest jednak faktem bezspornym,
Ŝe w przypadku duŜej części badanych dzieci i młodzieŜy, ubytki te są skutkiem nadmiernej ekspozycji na głośne dźwięki. Jako ich źródło naleŜy wymienić: przenośne odtwarzacze dźwięku, systemy dźwiękowe domowe i w samochodach oraz uczestniczenie w koncertach muzyki młodzieŜowej czy bytność w dyskotekach [28][57][58][70][75][86][88][149][167][184][190][203]. Przyczynia się do tego równieŜ rosnący poziom zanieczyszczenia hałasem środowiskowym. Czynnik ten określa się jako jedno z powaŜniejszych zagroŜeń cywilizacji [51]. Na podstawie wielu badań prowadzonych w Polsce, m.in. raportu opracowanego przez zespół pod kierunkiem Z. Engela i J. Sadowskiego, moŜna stwierdzić, Ŝe znaczna część powierzchni kraju, tj. około 21 % zanieczyszczona jest hałasem pochodzącym głównie od środków transportu. Na hałas o poziomie równowaŜnym większym niŜ 60 dBA naraŜonych jest około 33 % ludności kraju [51]. Z kolei z danych zebranych przez GUS wynika, Ŝe około 236 tysięcy pracowników zakładów naraŜonych jest na hałas na stanowiskach pracy [81]. Nadmierny hałas występuje w szkołach, uczelniach, szpitalach, sanatoriach, a takŜe w środowisku naturalnym [52]. W ciągu ostatniej dekady zanotowano trzykrotny wzrost poziomu hałasu określanego jako „hałas najbliŜszego sąsiedztwa”.
Przeglądając literaturę związaną z tematem niniejszej rozprawy z ostatnich lat, nasuwa się wniosek, iŜ istnieje potrzeba zakrojonych na szeroką skalę badań słuchu, obejmujących całą populację ludności naraŜonej na hałas w ogóle, w tym w szczególności dzieci i młodzieŜy. Niezwykle potrzebne jest równieŜ szerokie propagowanie walki z hałasem [8][65][99][193][209] i zapobieganie skutkom wywołanym ekspozycją na wysoki poziom hałasu [120][121][122][134][141].
Zarysowane potrzeby stanowiły istotną motywację do realizacji systemu, którego zadaniem jest zbieranie informacji o zagroŜeniach hałasem o zasięgu ogólnokrajowym [35]. Tym właśnie zagadnieniom jest poświęcona niniejsza rozprawa.
W niniejszej rozprawie przedstawiono projekt i realizację teleinformatycznego systemu monitorowania zagroŜeń hałasem o niespotykanej wcześniej funkcjonalności.
Niezwykle waŜną ze względów praktycznych jest opracowana nowatorska koncepcja psychoakustycznej dozymetrii hałasowej [38][105][108]. Poświęcono jej znaczną część niniejszej rozprawy. Koncepcja ta opiera się na odmiennym podejściu do problematyki związanej z oceną szkodliwości hałasu. Polega ona na próbie wyznaczenia skutków słuchowych wywołanych daną ekspozycją na hałas. MoŜliwe jest zatem zamodelowanie podstawowego następstwa przebywania w nadmiernym hałasie, którym jest czasowe
przesunięcie progu słyszenia. Zaproponowane rozwiązanie umoŜliwia wyznaczenie zmiany przesunięcia progu słyszenia oraz określenie charakterystyki powrotu słuchu do stanu początkowego. Na tej podstawie zaproponowano nowe wskaźniki oceny szkodliwości hałasu, które uwzględniają charakter widmowy hałasu oraz sposób dystrybucji energii akustycznej w czasie. Uwzględnienie tych czynników, często pomijanych w procesie wyznaczania dawki hałasu, moŜe pozwolić na wiarygodną ocenę, a co za tym idzie, skuteczną ochronę przed niebezpiecznymi następstwami nadmiernej ekspozycji na hałas.
Zaproponowana przez autora niniejszej rozprawy metoda róŜni się w sposób zasadniczy od obecnie stosowanej, opartej na poziomie równowaŜnym korygowanym krzywą A. Główna idea polega na wykorzystaniu wiedzy z zakresu fizjologii i budowy narządu słuchu oraz matematycznego opisu skutków słuchowych wywołanych ekspozycją na dźwięki o odpowiednio wysokim poziomie ciśnienia akustycznego.
Wykorzystywana jest informacja o postaci czasowej i częstotliwościowej hałasu.
Odrzucono zatem powszechnie przyjmowane załoŜenie, Ŝe dźwięk o tej samej energii akustycznej wywołuje jednakowe ryzyko uszkodzenia słuchu. Uzasadnienie do takiego podejścia moŜna znaleźć w badaniach fizjologii narządu słuchu. Doświadczalnie stwierdzono, Ŝe region uszkodzenia komórek słuchowych zewnętrznych w narządzie Cortiego jest związany z ekspozycją na hałas [16].
W niniejszej rozprawie przedstawiono szczegółowy opis koncepcji nowego rodzaju dozymetru akustycznego, którego nazwa odzwierciedla zastosowaną wiedzę.
Opracowaną metodę zaimplementowano w Psychoakustycznym Dozymetrze Hałasowym (PDH). Koncepcja, implementacja i ocena działania algorytmu PDH stanowi centralną część opracowanej rozprawy doktorskiej. Dokładnie przedstawiono zgromadzony materiał badawczy, wykorzystywany intensywnie na etapie opracowania, a następnie sprawdzenia i weryfikacji prezentowanej koncepcji psychoakustycznej dozymetrii hałasowej. Wątki te stanowią część badawczą rozprawy. Dodatkowym wątkiem przedstawionym w rozprawie było podjęcie wysiłków o charakterze implementacyjnym, zmierzającym do praktycznego wdroŜenia opracowanej koncepcji.
Dlatego jednym z zadań postawionych w rozprawie doktorskiej było opracowanie systemu teleinformatycznego, którego pełna nazwa brzmi: Multimedialny System Monitorowania Hałasu (MSMH) [108]. Posiada on bardzo rozbudowaną funkcjonalność [109], jednak głównym celem systemu jest monitorowanie warunków akustycznych w sposób ciągły, praktycznie w dowolnym miejscu zarówno w przestrzeni otwartej (hałas
środowiskowy), jak i wewnątrz róŜnego typu pomieszczeń (np. hałas zawodowy/przemysłowy). Jest to zgodne z aktualnymi uregulowaniami prawnymi, które nakazują walkę z hałasem poprzez opracowywanie wieloletnich strategii w oparciu o mapy hałasu, przedstawiające uśredniony rozkład poziomu dźwięku na analizowanym obszarze za okres całego roku [41][46][197]. Realizację tego zadania umoŜliwia, z jednej strony opracowany algorytm PDH działający w czasie rzeczywistym, z drugiej zaś - zaprojektowana i wykonana stacja monitorująca.
Podejmując się realizacji rozprawy doktorskiej, postawiono następujące tezy:
Teza 1
Opracowany system teleinformatyczny pozwala na efektywne gromadzenie i przetwarzanie danych dotyczących zagroŜeń hałasem poprzez określanie skutków słuchowych hałasu w trakcie trwania ekspozycji.
Teza 2
Zaproponowane w rozprawie wskaźniki oceny zagroŜeń hałasem prawidłowo odzwierciedlają wpływ hałasu na ryzyko wystąpienia uszkodzeń słuchu powodowanych długotrwałą ekspozycją.
Sformułowane tezy dotyczą moŜliwości praktycznej implementacji nowatorskich koncepcji monitorowania zagroŜeń hałasem na dowolnie wybranym obszarze (np. na terenie aglomeracji miejskiej, w zakładach pracy, klubach studenckich, podczas koncertów i innych imprez plenerowych) oraz stworzenia i praktycznego sprawdzenia nowej metody oceny słuchowych zagroŜeń hałasem. W tym celu zaproponowano nowe wskaźniki oceny szkodliwości hałasu oraz przeprowadzono ich eksperymentalną weryfikację.
Do przeprowadzenia wiarygodnego dowodu zaproponowanych tez zebrano obszerny zasób informacji na temat współczesnych metod oceny hałasu. Informacje te przedstawiono w rozdziale 2. Obejmuje on zarówno podstawowe pojęcia i wskaźniki hałasu, jak i zagadnienia dotyczące uregulowań prawnych obowiązujących w walce z hałasem. Zamieszczono równieŜ opis obecnie stosowanej w kraju metody oceny ryzyka uszkodzenia słuchu i analizy dozymetrycznej.
W rozdziale 3 omówiono zagadnienia związane z oddziaływaniem hałasu na organizm człowieka. Główny nacisk połoŜono na przedstawienie skutków ekspozycji na
hałas wywieranych na narząd słuchu. W rozdziale 4 przedstawiono przegląd wybranych metod pomiaru ubytków słuchu. Skoncentrowano się przy tym na metodach stosowanych przez autora niniejszej rozprawy w przeprowadzonych badaniach słuchu.
W rozdziale 5 podano załoŜenia projektowe i omówiono praktyczną realizację teleinformatycznego systemu monitorowania zagroŜeń hałasem, realizowanego w Katedrze Systemów Multimedialnych Politechniki Gdańskiej. Przedstawiono ponadto platformę sprzętową wykorzystywaną do implementacji zaproponowanej metody oceny szkodliwości hałasu. Rozdział ten zawiera równieŜ dodatkowe informacje na temat sposobu tworzenia dynamicznych map hałasu w oparciu o opracowaną, m.in. przez autora niniejszej rozprawy, autonomiczną stację monitorowania hałasu. Stworzony system monitorowania hałasu stanowi jednocześnie podstawę dowodu pierwszej tezy niniejszej rozprawy.
Kolejny rozdział obejmuje wyniki praktycznych badań wpływu hałasu na słuch.
Badania te były prowadzone w róŜnych warunkach akustycznych z zastosowaniem opisanych w rozdziale czwartym metod badania słuchu.
Rozdział 7 zawiera opis zaproponowanej metody oceny szkodliwości hałasu.
Przedstawiono w nim schemat blokowy i zasadę działania Psychoakustycznego Dozymetru Hałasowego. Omówiono w nim równieŜ propozycję i praktyczną weryfikację nowych wskaźników oceny hałasu. Przedstawione wyniki stanowią dowód tezy drugiej.
Rozprawę kończą wnioski sformułowane w rozdziale 8, Bibliografia oraz załączniki i dodatki, zawierające szczegółowe wyniki pomiarów, badań i obliczeń.