Эргономика Березкина 2013
.pdfзрительных 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