Эргономика Березкина 2013

зрительных элементов информационной модели следует про­ изводить в центральной области зрения.

Нормальным цветовым зрением считается «трихроматизм» - способность различать три основных цвета. Слабое цветовое зрение почти всегда передается по наследству. Оно присуще в какой-то степени около 8% мужчин. У женщин сла­ бое цветовое зрение встречается редко. Существует гипотеза, что зрение далеких предков человека было ахроматическим. В процессе эволюции цветоощущающий аппарат раздвоился на желтый и синий, а затем желтый - на красный и зеленый. Поэтому случаи цветовой слепоты к красному (протанопия), зеленому (девтеранопия) и патологические к синему (тританопия) можно рассматривать как проявления атавизма. Открыв­ ший это явление английский ученый Д. Дальтон был краснос­ лепым. Монохроматическое зрение - явление редкое. Люди с этим недостатком видят только оттенки серого и обладают слабой остротой зрения: их зрительные образы напоминают черно-белые фотографии при плохой фокусировке.

Количество цветовых оттенков, которые человек способен различать, превышает несколько тысяч и возрастает по мере накопления опыта. Так, например, опытный металлург спосо­ бен отличить незначительную разницу в цвете нагретого ме­ талла. Народности, живущие на Севере, например чукчи, спо­ собны видеть несколько десятков оттенков белого цвета. Наи­ более сильны различия между так называемыми основными цветами: красным, зеленым, синим и желтым. Легко различи­ мы и монохромные цвета - черный и белый.

Фон может уменьшать или увеличивать выразительность цвета. Цвета, находящиеся в непосредственной близости, вза­ имодействуют на основе законов контраста: например, серый предмет на красном фоне приобретает зеленый оттенок, на зе­ леном фоне - красный, на светлом фоне кажется более тем­ ным, чем на темном, и т.д.

Фон способен визуально изменять форму (явление иррадиа­ ции). Это явление заключается в том, что светлые пятна кажутся большими по сравнению с темными, имеющими те же размеры.

Перевод взгляда осуществляется с помощью быстрых саккадических (скачкообразных) движений глаза, которые не со­ провождаются конвергенцией. Для перевода взгляда на 20° требуется одна саккада со скоростью 6,7 мс, для перевода взгляда на 40° нужны 2 саккады, совершаемые за 135 мс, а при переводе на больший угол уже нужен поворот головы. Поэто­

91

му расположение предъявляемой информации должно произ­ водиться таким образом, чтобы минимизировать зрительные маршруты на экране - не вызывать переноса взгляда операто­ ра более чем на 20°. Горизонтальные переносы взгляда пред­ почтительнее вертикальных (движение глаз по горизонтали почти в два раза быстрее, чем по вертикали).

При просмотре текущих алфавитно-цифровых данных темп их предъявления (если требуется точное дискретное счи­ тывание параметров) не должен быть более 1 раза в секунду, а если необходимо аналоговое считывание (например, опреде­ ление тенденции изменения) или грубое считывание параме­ тров, темп предъявления не должен превышать 5 раз в секун­ ду. Поэтому сомнительным представляется показ на экране при видеосъемке текущего времени с точностью более деся­ тых долей секунды - от них только рябит в глазах.

Порог восприятия движения точечного объекта фовеальной* частью сетчатки составляет 1-2'/с при наличии в поле зрения неподвижных ориентиров и 2—б'/с без них; для перифе­ рии сетчатки - соответственно 18 и З-б'/с. Максимальная ско­ рость, которая может быть воспроизведена при прослежива­ нии, колеблется от 30 до 40°/с; если одновременно с глазами движется голова, то верхняя граница поднимается до 60°/с. Ориентируясь на приведенные данные, следует проектировать движущиеся объекты информационной модели.

Моргание век глаза используется в качестве информации для оценки функционального состояния оператора. В нор­ мальном состоянии человек моргает до 45-50 раз в минуту; более частое моргание говорит о его засыпании. О засыпании (например, водителя) свидетельствует и положение его головы (она склоняется), а также сила прижима ладоней к рулю (по­ этому датчики состояния водителя можно расположить на его ухе, руке или пальцах).

Поле восприятия может быть расположено на различном расстоянии от человека-оператора, и тогда перенесение взгля­ да вызывает аккомодацию зрения.

Адаптация зрения к свету и темноте связана с тем, что центральная область сетчатки приспособлена к высокой осве­ щенности, а периферия - к низкой (поэтому в темноте человек видит лучше боковым зрением). Если условия освещения ме­ няются, то меняется и чувствительность зрения - она ослабе­ вает и лишь через некоторое время возвращается к норме. При

* Фовеа - центральная ямка сетчатки глаза.

92

этом адаптация к темноте требует значительно большего вре­ мени, чем к свету (до 30 мин). Частая перемена условий осве­ щения приводит к напряженной работе органа зрения и пре­ ждевременной усталости.

Слуховой анализатор (орган слуха). Органом слуха явля­ ются уши. Анатомически ухо делится на три части: наружное ухо,среднее и внутреннее.

Наружное ухо концентрирует звуковые колебания и на­ правляет их в наружное слуховое отверстие. Способность че­ ловека определять направление по источнику звука зависит прежде всего от бинаурального эффекта, который заключается в том, что звук, воспринимаемый левым и правым ухом, не­ одинаковый по громкости, по времени достижения уха и спек­ тральному составу. При этом некоторые звуки приобретают разность фаз, которая также помогает определению направле­ ния источника звука. Максимальное использование перечис­ ленных факторов достигается движением головы, т.е. поиском наиболее удобного положения для слухового анализатора.

Ушную раковину человека долгое время считали рудимен­ том. От травм она особо не защищает, рупорная функция сла­ бая: чтобы обострить слух, лучше приставить к уху ладонь или рожок. В процессе эволюции нервной системы мобильное на­ ружное ухо (как у животного) сменилось у человека на практи­ чески неподвижную ушную раковину, которая по-прежнему служит средством пространственной ориентации. Если вста­ вить в слуховой проход трубочку, выступающую за пределы уха, человек полностью лишится способности различать источ­ ник звука в вертикальной плоскости. На эту способность влия­ ет также изменение угла расположения раковины относитель­ но головы (что бывает при косметологических операциях, когда реконструируют оттопыренные уши). Среди замысловатых бу­ горков наружного уха особо выделяется козелок (именно он становится очень болезненным при воспалении уха).

От козелка в височную кость идет овальный слуховой про­ ход. Длина его 2,7 см. Он выстлан нежной кожей, а перепонча­ то-хрящевая часть, переходящая затем в костную и занимаю­ щая примерно одну треть длины, снабжена волосами, сальны­ ми и серными железами. Слуховой проход прекрасно усилива­ ет звуковые волны, из-за чего интенсивность звука у барабанной перепонки повышается. С физической точки зре-*

* Барабанная перепонка - мембрана, которая вибрирует под действием звука.

93

ния это объясняется резонансными свойствами прохода, пре­ жде всего низкой жесткостью его стенок, что обусловливает малое отражение звука и, следовательно, его максимальное поглощение. В слуховом канале вырабатывается ушная сера - воскообразный секрет сальных и серных желез. Ушная сера защищает кожу слухового канала от бактериальной инфекции и от попадания различных насекомых (их отгоняет специфи­ ческий запах серы).

Среднее ухо включает в себя три миниатюрные косточки (самые маленькие кости в человеческом теле), которые пере­ дают движения от барабанной перепонки к овальному окну. В соответствии с их формой косточки называются молоточ­ ком, наковальней и стременем. Молоточек своей рукояткой прикреплен к центру барабанной перепонки при помощи свя­ зок, а его головка соединяется с наковальней (она в свою оче­ редь прикреплена к стремени). Молоточек прочно зафиксиро­ ван связками и находится в постоянном контакте с барабанной перепонкой. Наковальня с одной стороны соединена с моло­ точком, а с другой - со стременем, обеспечивая тем самым пе­ редачу движений от молоточка к стремени. Крошечные мыш­ цы способствуют передаче звука, регулируя движение этих косточек. Евстахиева, или слуховая, труба длиной около 3,5 см соединяет среднее ухо с носоглоткой. При изменении давле­ ния окружающего воздуха давление по обе стороны барабан­ ной перепонки выравнивается через слуховую трубу. Она слу­ жит своеобразной форточкой для барабанной полости и от­ крывается в момент глотания. Труба помогает при громких звуках и во время полета на самолете. При посадке резкое по­ вышение внешнего давления действует на перепонку, болез­ ненно втягивая ее в барабанную полость (где давление мень­ ше). Чтобы выровнять его, человек производит глотательные движения.

Внутреннее ухо включает улитку - непосредственный ор­ ган слуха, связанный со слуховым нервом. Это костный канал, образующий два с половиной витка спирали и заполненный жидкостью. Анатомия улитки уха очень сложная - некоторые ее функции до сих пор полностью не исследованы. Из ряда чув­ ствительных, снабженных волосками клеток, которые покрыва­ ют базилярную мембрану, состоит кортиев орган. Звуковые волны улавливаются его волосковыми клетками и преобразу­ ются в электрические импульсы. Эти электрические импульсы передаются по слуховому нерву в головной мозг. Таким обра­

94

зом, функцией внутреннего уха является преобразование меха­ нических колебаний в электрические, поскольку мозг может воспринимать только электрические сигналы.

На высоту звука влияет и его длительность. При малой длительности звука высота тона не воспринимается - звук ка­ жется атональным щелчком. Человек слышит звук при дли­ тельности примерно в 0,01 с.

Все звуки могут быть разделены на простые и сложные, пе­ риодические и непериодические.

Периодические звуки содержат частоты (гармоники), крат­ ные основной частоте.

Непериодические звуки имеют беспорядочную природу. Нерегулярные звуковые колебания обычно называются

шумом. «Белый шум» - звук, содержащий все слышимые частоты.

Звуки, наиболее неприятные для человека:

-плач младенца;

-скрип ногтя или мела по доске;

-рев двигателя автомобиля;

-звук бормашины;

-собачий лай;

-разговор с набитым ртом;

-звонящий мобильный телефон (будильник);

-скрежет ножа или вилки по фарфоровой тарелке;

-зубной скрежет.

Звуки могут стимулировать деятельность человека или тор­ мозить ее. Всякое возрастание уровня шума над порогом слы­ шимости увеличивает мускульное напряжение и, следователь­ но, повышает расход энергии. На короткие периоды времени он может даже слегка улучшать результаты деятельности, од­ нако на мускульные действия, требующие высокой степени ко­ ординации и точности, шум влияет отрицательно. Длительное пребывание в условиях шума постепенно приводит к некото­ рой аккомодации.

Влияние шума на умственную деятельность различно в за­ висимости от сложности решаемой задачи. На решение про­ стых, неоднократно повторяющихся умственных задач шум не оказывает особого влияния, но на всякую умственную дея­ тельность, требующую сосредоточенного внимания, имеет от­ рицательное воздействие. Шум не оказывает заметного дей­

95

ствия на зрительную адаптацию, восприятие перспективы,

темновую адаптацию и оценку расстояний.

Высокочастотный шум утомляет больше, чем низкочастот­ ный. Беспорядочно меняющиеся звуки раздражают сильнее, чем постоянные или периодически изменяющиеся. Установле­ но, что музыка облегчает выполнение простых повторяющих­ ся заданий и способствует организации трудового процесса, но деятельности, требующей умственного сосредоточения, мешает.

Исключительное влияние на общее психическое состояние рабочих оказывает функциональная музыка: она снижает утомляемость, нормализует сердечную деятельность, обостря­ ет внимание, повышает производительность труда, улучшает настроение.

Исследования показали, что пение птиц и музыка Чайков­ ского хорошо помогают от бессонницы. В Австрии в 1993 г. появилась информация о том, что прослушивание Моцарта улучшает способности к пространственному ориентированию (после этого резко возросли продажи компакт-дисков с за­ писями Моцарта). Родители чуть ли не насильно заставляли детей слушать «Волшебную флейту» и другие произведения. Однако после дополнительных исследований оказалось, что никакой связи между развитием интеллекта и музыкой не су­ ществует.

Определенные низкочастотные звуки могут даже «убеж­ дать» человека бросить курить, призвать спокойно спать, со­ блюдать диету, быстро читать, усваивать иностранные языки, преодолевать стрессы и испытывать нежные чувства. Звуковая терапия эффективна при лечении психосоматических рас­ стройств, депрессии, синдрома усталости при реабилитации после инсульта, а также в целях прекращения приступов ми­ грени и т.д.

Гипнотическое воздействие на зрительный анализатор из­ вестно давно, но в настоящее время появились аудиопрограм­ мы, позволяющие контролировать активность мозга. Как пра­ вило, это звуковые тоны с разными периодами нарастания и разной частотой, подаваемые в левый и правый наушники. Звук пульсирует то быстрее, то медленнее. Могут быть аудио­ записи групп людей, поющих в унисон, когда голоса сливают­ ся в пульсирующий тон. Длина трека обычно 30 мин.

Влияние происходит за счет бинауральных ритмов. С по­ мощью их комбинирования можно формировать ритмическую

96

активность мозга и таким образом вызывать нужное состоя­ ние сознания. Применяются для лечения различных видов не­ врозов, бессонницы, головной боли, астенического состояния, проведении реабилитации, могут быть полезны при лечении алкоголизма и наркозависимости. На рынке предлагаются раз­ личные варианты аудиотреков: «Алкоголь», «Героин», «Сча­ стье», «Многократный оргазм», «Адреналин», «Никотин» и т.п. Для желающих похудеть предлагается «Диета+», пред­ назначенный для сжигания калорий путем повышения сердеч­ ного ритма и ускорения метаболизма. Однако вызвать у чело­ века то же состояние, что и реальные наркотики, «аудионарко­ тики» не способны: в лучшем случае человек вводится в полу­ сонное состояние, транс.

При оценке восприятия человека пользуются логарифми­ ческой шкалой при измерении силы звука.

Децибел (дБ) (от лат. бесет - десять; десятая часть бела) - логарифмическая единица измерения интенсивности потока энергии (колебаний) относительно условно принятого исход­ ного уровня отсчета.

Сила звука (Г) в децибелах определяется по формуле:

К = 2 0 - 1 ^ ,

где Рзв - звуковое давление сигнала; Р0 - звуковое давление, условно принятое за исходные. Звуковое давление Г>0=2-10'5 при частоте 2000 Гц считается нижним абсолютным порогом звукового анализатора.

Слуховой аппарат человека обладает ограниченной способ­ ностью к восприятию звука. Ухо реагирует только на часть звукового спектра. Человек способен различать звуки в диапа­ зоне от 20 до 20 000 Гц; выдерживать интенсивность шума до 130 дБ. Минимальный звук, ощущаемый человеком, называет­ ся порогом слышимости. У разных людей он различен. При очень сильном звуке натяжение барабанной перепонки ослабе­ вает - это ухудшает передачу колебаний во внутреннее ухо (отсюда появилось выражение «уши вянут»).

Пороги слышимости отдельных людей различаются, осо­ бенно в области высоких частот. Порог слышимости одного человека может меняться с течением времени. С возрастом чувствительность к звукам с частотой ниже 500 Гц почти не изменяется, но при частотах выше 10 кГц порог чувствитель­

97

ности увеличивается на 20 дБ. Люди также отличаются остро­ той слуха. Подобная разница обусловлена индивидуальными особенностями (возрастными факторами, половыми различия­ ми, продолжительностью пребывания в условиях шума). В за­ висимости от психофизиологического состояния человека по­ рог его слуховых ощущений может на протяжении коротких периодов времени колебаться в пределах 5 дБ.

Снижение остроты и частичная потеря слуха объясняются тем, что человек подвергался длительному воздействию гром­ ких шумов выше 85 дБ в продолжение длительных периодов времени.

Инфразвук человек может ощущать за счет возникающей вибрации, которая воспринимается костными и хрящевыми тканями.

В ультразвуковых диапазонах человек не ориентируется, но им могут восприниматься большие уровни излучения при непо­ средственном контакте излучателя с плотными тканями (напри­ мер, тканями головы) в виде тепла. Собакам доступны частоты до 60 кГц, кошкам - до 100 кГц, летучие мыши - используют ультразвуковые эхолокаторы на частотах от 30 до 150 кГц.

Тактильный анализатор (кожная чувствительность).

Данный анализатор основан на тактильной информации, полу­ чаемой от рецепторов кожи. По степени важности для челове­ ка тактильный анализатор находится на третьем месте. При соответствующей тренировке он может заменить слуховой анализатор. Особого развития осязание достигает у слепых, в значительной степени компенсируя утрату зрения. В процессе осязания ощупывающие движения рук воспроизводят форму (контур) предмета, как бы «делая» его слепок.

Кожа является основным органом осязания человеческого тела. В ней находится большое количество специальных ре­ цепторов и нервных окончаний. Осязание подразделяют на че­ тыре первичных кожных ощущения (ощущения боли, давле­ ния, холода и тепла). Имеются экспериментальные подтверж­ дения того, что существуют специфические рецепторы для каждого из основных видов кожных ощущений. Можно обна­ ружить места, в которых возникает ощущение тепла или холо­ да, обозначить места, где возникает ощущение давления, и, наконец, места, где возникает только ощущение боли. Боль может вызываться химическими и электрическими раздражи­ телями. Ощущения боли чаще всего связаны с раздражением поверхности кожи. Порог болевого ощущения, вызываемого

98

химическим раздражителем, пропорционален концентрации

водородных ионов (кислотности) в химических растворах. Щелочные растворы большой концентрации также вызывают болевое ощущение.

Подобно сетчатке глаза точки кожи связаны с соответствую­ щими зонами коры головного мозга. Сигналы передаются по своим особым нервным путям в спинном мозге и сходятся в та­ ламусе, расположенном у основания мозга. Таламус выполняет целый ряд важных функций, из которых основная состоит в том, что он является промежуточным пунктом и распредели­ тельным центром для импульсов, идущих ко всем частям тела или от них к мозгу. Скорость передачи тактильной информации невелика, и критическая длительность стимуляции меняется в зависимости от вида раздражителя: для тепла - 1,0 с; холода - 1,5 с. Рецепторы холода воспринимают температуру (ниже 3 °С), а рецепторы тепла - температуру выше 36 °С. Боль вос­ принимается посредством свободных нервных окончаний. На­ растание давления (выше величины его нижнего порога) влечет за собой увеличение интенсивности ощущения до верхнего предела, который является вместе с тем нижним порогом боле­ вых ощущений (для разных участков кожи - от 3 до 300 г/мм2). Нагревание кожи вызывает повышение тактильной чувстви­ тельности, а охлаждение влечет ее понижение.

Давление чувствуется с помощью так называемых клеток Маркеля, которые находятся на границе внешней и собственно кожи. Они расположены вокруг волосяных луковиц в виде сплетений, а также находятся на участках кожи, не покрытой волосами. Ощущения прикосновения или давления возникают только в том случае, если механический раздражитель вызы­ вает деформацию кожной поверхности. Рецепторы реагируют на изменение давления (не менее 6%) и адаптируются к посто­ янному давлению (давление одежды, обуви, часов, очков или атмосферы): например, при опускании руки в воду, температу­ ра которой примерно равняется температуре руки, давление ощущается только на границе погруженной в жидкость части руки, т.е. именно там, где кривизна этой поверхности и ее де­ формация наиболее значительны. Ощущение прикосновения и давления одежды возникает лишь в момент их надевания.

На коже имеются рецепторы, реагирующие на тепло и хо­ лод. Чувствительность точек боли, давления, холода и тепла зависит от количества нервных окончаний, приходящихся на единицу площади кожи. Рецепторы расположены неравномер­ но - в среднем 25 точек на 1 см2 кожи. Количество рецепторов

99

для разных размеров тел постоянно. Их замер проводят в ус­ ловиях выключенного зрения при помощи циркуля с раздвиж­ ными ножками, концы которых прикладываются к коже чело­ века одновременно. Наиболее густо рецепторы расположены на кончике языка, носа, на губах (расстояние 1,1 мм), что про­ является при поцелуе (в том числе при так называемом эски­ мосском, когда касаются носами). На кончиках пальцев рас­ стояние между рецепторами 2,2 мм, на ладони - 8,9 мм). На спине (по срединной линии) они расположены редко - рассто­ яние может достигать 60 мм.

С возрастом рецепторы атрофируются.

Чувствительность рецепторов можно улучшить за счет по­ вышения пластичности кожи.

Обонятельный анализатор. Обоняние - способность ощущать и различать пахучие вещества. У человека в обыч­ ных условиях обонятельная чувствительность в значительной степени редуцирована, но не утрачена полностью. Она приоб­ рела второстепенное значение для получения информации о внешнем мире и ориентировки в нем. Человек имеет 10 млн обонятельных клеток; у животных их гораздо больше (у кро­ лика - 100 млн, у восточноевропейской овчарки - 220 млн). В тех случаях, когда человек лишен способности ориентиро­ ваться при помощи органов зрения и слуха, обонятельная чув­ ствительность вместе с тактильной приобретает первостепен­ ное значение при контакте человека с внешним миром.

Запах - это субъективный образ одного из явлений реаль­ ной действительности, заключающийся в воздействии моле­ кул летучего вещества на орган обоняния - нос.

Наружный нос имеет вид пирамиды и образован костями, хрящами, мышцами. Наружный нос является важной частью косметического ансамбля лица. Форма и размеры наружного носа придают чертам лица индивидуальность. Снаружи нос покрыт кожей. В нем различают корень, спинку, верхушку и крылья. Корень носа расположен в верхней части лица и отде­ лен ото лба переносьем. Боковые стороны носа по средней ли­ нии соединяются и образуют спинку носа. Спинка носа пере­ ходит в верхушку носа, внизу расположены крылья носа. Они ограничивают ноздри, ведущие в полость носа.

Нос новорожденного ребенка сплющенный, короткий, по­ лость носа узкая и низкая, развита слабо, околоносовые пазу­ хи также развиты слабо. С возрастом спинка носа удлиняется, образуется верхушка носа. К восьми-девяти годам заканчива­

100