A hang és a zaj végigkísérte
az ember fejlődését, civilizációját. A beszéd és a zene az emberi lét legfontosabb
jelenségeihez tartozik, de a zaj kellemetlen érzete is mindig jelen volt
az emberi közösségekben. Kutatásunk alapja Hőgyes Endre, a Kolozsváron
is tevékenykedő neves orvosprofesszor hallásvizsgálat terén végzett úttörő
munkássága. Bár személye közismert a magyar orvostudományban, ezen kutatásairól
szinte alig olvashatunk a szakirodalomban. Ez adta az ötletet ahhoz, hogy
rekonstruáljuk egyik mérőeszközét, majd modern módszerekkel megismételtük
méréseit. Így jutottunk el oda, hogy eredményeinket a zajszennyezés által
okozott halláskárosodás vizsgálatára használjuk. Pályázatunkban bemutatjuk
a hangok természetét, a zajok hatásait és Hőgyes Endre mérőműszerét, méréseit,
illetve saját eszközünket és méréseinket.
A hang fizikai alapjai
A hang olyan longitudinális
mechanikai hullám, amely levegőben terjedve az ember hallószervébe jut,
és az agyban hangérzetet kelt. A hang erőssége a levegő nyomásingadozásától,
a nyomáshullámok amplitúdójától függ. A hang intenzitása nyomásának négyzetével
arányos. Az emberi füllel érzékelhető legkisebb hangnyomás a hallásküszöb.
A hallható hangok felső határa körülbelül az a hangnyomás, amely már fájdalmat
okoz, ez a fájdalomküszöb. A két küszöbérték közti hangerősség-tartomány
12 nagyságrendnyi, azaz a leghalkabb még éppen hallható hangnál a leghangosabb,
a még éppen elviselhető hang 1012-szer erősebb.
Azért is hasznos a hangerősség
vizsgálata során a nagyságrendeket figyelni, mert az inger és az érzet,
azaz a hang fizikai erőssége és a keltett érzet nagysága közti kapcsolat
exponenciális. Ez azt jelenti, hogy ha egy adott hangnál a tízszer erősebbet
egységnyivel hangosabbnak érzem, akkor a százszor erősebbet kettő, az ezerszer
erősebb hangot pedig három egységnyivel érzem hangosabbnak. Ez indokolja
a hangintenzitás mérésére használt logaritmikus skálát, amelynek mértékegysége
a decibel, dB (Alexander Graham Bell 1847–1922, a telefon amerikai feltalálója
után). Tehát a hallásküszöb a 0 dB, az ennél ezerszer erősebb hang 30 dB,
az egymilliószor erősebb hang 60dB.
A zaj mint láthatatlan
ellenség
Manapság elfogadott alapelv,
hogy inkább hallgassunk valamit, csak nehogy magunkra maradjunk a gondolatainkkal.
Pedig a csendre kimondhatatlanul nagy szükségünk lenne. A körülöttünk lévő
világ egyre hangosabb, az ipari fejlődés mind több energiát, nagyobb teljesítményű,
és emiatt zajosabb gépeket igényel, a közlekedés rohamos növekedése miatt
a járművek száma és sebessége emelkedik. Az idő és fáradság megtakarítása
érdekében otthonunkban, házunk táján egyre több zajos gép működik.
Az adatok szerint a növekvő
zajmennyiség miatt az állatok lassan nem tudnak tájékozódni, s egymást
sem találják meg. Például a bálnák alacsony hangfrekvenciákon énekelnek,
jóval az emberi hallásküszöb alatt. Az alacsony frekvenciájú éneklés segítségével
a bálnák képesek az egész óceánban kommunikálni egymással, ennek alapján
értesítik társaikat, ha megfelelő, táplálékban gazdag helyet találtak.
Egy 100 évig is elélő kék bálna „akusztikus buboréka” 1600 km-ről 160-ra
csökkent a zajszenynyezés miatt, ami az ipari zajszintnek felel meg. A
zajszennyezés az elmúlt évtizedben megkétszereződött, főleg a városiasodott
tengeri környezetekben és főként a kikötők környékén. Amennyiben a nőstények
képtelenek meghallani az éneklő hímeket a zajszmog miatt, képtelenek lesznek
szaporodni.
A modern korra jellemző városiasodás
a lakosság zajterhelését ugrásszerűen megnövelte: a városokban például
nagyobb forgalommal, a többszintes lakóépületekben fokozott szomszédoktól
áthallatszó zajjal kell számolni. A magas lakóépületekben, irodaházakban
a liftek, szellőző berendezések újabb zajforrásokat jelentenek.
Az emberek egy része a zajt
a civilizáció szükséges velejárójának tekinti, ami ellen nem lehet, tehát
nem is érdemes küzdeni. Mások szerint életünket a zaj elviselhetetlenné
teszi, ezért az elérhető zajcsökkentés nem elegendő, magukat a zajforrásokat
kell környezetünkben megszüntetni. Mindezen zajforrások mellett a fiatalok
szórakozási szokásaik (MP3 lejátszók, koncertek, klubok) által fokozzák
fülük zajterhelését. Érdeklődésünket e témakör keltette fel, annál is inkább,
mert Hőgyes Endre kolozsvári kutatása a hallásvizsgálat terén is úttörőnek
tekinthető.
Hőgyes Endre nyomában
Pályázatunkat Hőgyes Endre
(1847–1906), a magyar orvostudomány jelentős és sokoldalú személyisége,
illetve kolozsvári munkássága „ihlette”. Kutatásait Budapesten végezte,
de nyolc évig Kolozsváron is dolkozott. Egy olyan találmánya jelentette
a kiindulási pontunkat, amelyet Kolozsváron fejlesztett ki Graham Bell
találmányát felhasználva, és mellyel a világon először mérhettek halláserősséget.
E szerkezet volt az előhírnöke a Nobel-díjas Békésy György audiometriai
vizsgálatainak.
Hőgyes kolozsvári munkássága
Hőgyes Endre 1875-től 1883-ig
a kolozsvári Magyar Tudományegyetem orvosi szakán dolgozott. 1875. március
8-án kapott meghívást Kolozsvárra, ahol a nemrég alapított egyetemen egy
fiatal és lelkes társaság tagja lett. Kollégája volt például Abt Antal,
Koch Antal, Entz Géza és Brandt József. Hőgyes kezdeményezésére alakult
meg a Kolozsvári Orvos-Természettudományi Társulat, amely eleinte külön,
majd az Erdélyi Múzeum-Egyesülettel egyesülve működött tovább. E társulatnak
célja az orvos és természettudományok művelése és a tagok közötti összetartás
erősítése volt. A társaság gyűléseket, vitákat, tudományos és közérthető
előadóesteket rendezett. A társulat elnöke Abt Antal lett, míg Hőgyes titkári
tisztséget töltött be. A társulatnak volt egy negyedévente megjelenő tudományos
folyóirata is (Orvos-Természettudományi Értesítő), mely az előadásokat,
kutatásokat és a társulat többi tevékenységét közölte. Itt jelentek meg
a hallásvizsgálatra vonatkozó cikkei. A lapnak Hőgyes Endre a főszerkesztője
is volt.
Visszatérés Budapestre
1883-ban Hőgyes visszatért
Budapestre. A Magyar Tudományos Akadémia 1881-ben levelező, 1889-ben pedig
rendes tagjává választotta. 1889-ben az Országos Közegészségügyi Tanácsnak
rendkívüli, 1891-től pedig rendes tagjává nevezték ki. 1889-től a Magyar
Természettudományi Társulatnak egyik alelnöke lett. A Magyar Orvosi Könyvkiadó
Társulatnak 1883-tól 1893-ig titkára volt, 1894-től pedig elnöke. A Budapesti
Királyi Orvosegyesületben a választmány tagja, és a veszettség tanulmányozására
kiküldött bizottság elnöke lett. Az ő igazgatása alatt jött létre 1890.
április 15-én a budapesti Pasteur Intézet. A Magyar Tudományos Akadémia
1890-ben a Marczibányi-jutalommal tüntette ki.
Jelentősebb kutatásai
Hőgyes Endrét kutatási eredményei
nemzetközi szinten is híressé tették. 1872–1874 között több kutatást végzett
a vese működésével kapcsolatosan, kutatási eredményeit a Természettudományi
Közlöny és más folyóiratok publikálták. 1873 júliusában dolgozata jelent
meg a Bunsen-féle szívó-fúvóról, amelyről mint mesterséges légzési készülékről
írt a légvételi elégtelenségek kiegyenlítésére. 1896-ban újabb dolgozata
látott napvilágot az Orvosi Hetilapban, melyben Magyarországon elsők között
írt Röntgen felfedezésének alkalmazásáról. E dolgozata, melynek záradékában
megemlítette a sugárterápia lehetőségét, megelőlegezte a mai sugárterápiát,
sugárbiológiát. Legjelentősebb eredménye a Pasteur-féle védőoltás továbbfejlesztése
volt, amit jelenleg is az általa továbbfejlesztett formában használnak.
Hőgyes hallásmérő készüléke
Hőgyes kolozsvári munkásságának
egyik kiemelkedő eredménye volt, hogy a Bell által 1878-ban megépített
telefont már 1879-ben felhasználta, és halláserősség mérésére alkalmazta.
Az általa készített készülék a világon az első audiométernek tekinthető.
A két Bell-féle telefont összekötő többszálas huzalkörbe mellékágként csúszdát
vagy Siemens-féle hidat kötött be (1. ábra). A beszélő a telefonban
a hang által keltett áramot az elágazás segítségével bebocsáthatta vagy
elzárhatta a hallgató telefonban. A hang erejét az ellenállásoknak köszönhetően
fokozhatta, vagy csökkenthette. A méréseket úgy végezte, hogy megjegyezte
a mellékágba beiktatott azon ellenállás nagyságát, amitől kezdve a hallgató
észlelni kezdte a hangot. Így megkapta az alany fülérzékenységének alsó
határát a Siemens-féle híd egységében mérve.
1. ábra. Hőgyes eredeti
hallásvizsgáló készülékéről készült rajz
az Orvos Természettudományi
Értesítő alapján
Hőgyes mérési eredményei
A készülék elkészítése után
Hőgyes Endre rengeteg kísérletet végzett különböző korosztályokon (10-től
a 37 évesig). Minden egyénnél hat mérést végzett. Az első hármat úgy hajtotta
végre, hogy jó vezetővel kezdve indult, majd az ellenállásokat rendre kiiktatta
az áramkörből, míg az alany hangot észlelt. Amint ez megtörtént, feljegyezte
az ellenállások nagyságát. A következő három mérést már úgy végezte, hogy
előbb minden ellenállást bekötött, így a hang maximális erősségű volt.
Ezután az ellenállásokat rendre kiiktatta, míg az alany már nem hallotta
a metronóm ketyegését. Mivel a gyenge ketyegésnél fennállt annak a veszélye,
hogy a páciens esetleg nem hallja a hangot, ezért Hőgyes a telefon és az
ellenálláshíd közé egy Pohl-féle gyrotopot kapcsolt. Így tetszés szerint
ki- vagy bekapcsolhatta a hallgató telefont az áramkörben, meggyőződve
arról, hogy az alany valóban hallotta-e a ketyegést, vagy csak érzékcsalódása
volt. Csak azon adatokat vette figyelembe, melyeknél a többszöri kísérletek
után is mindig helyes választ kapott. Hat helyes mérésnek a számtani közepét
tekintette a fülérzékenység alsó határának. E szám csupán az általa konstruált
konkrét kísérleti berendezésre volt jellemző. Hangforrásként elektromágneses
csengőt használt.
Hallásmérő berendezésünk
Hőgyes Endre tehát a világon
elsőként mérte meg az emberi hallás erősségét. A mi hallásmérő eszközünk
(2.
ábra) könnyen hordozható, és a hangfrekvencia függvényében is tanulmányozni
lehet vele a hallásélességet. A rendszert a következő elemek alkotják:
– hangforrás (egy számítógép,
mellyel egy változtatható frekvenciájú tiszta hangot generálunk egy szoftver
segítségével;
– légvezetéses fülhallgató
(a számítógéphez kötve);
– 3 potenciométer (két lineáris
és egy sínpotenciométer, sorosan kötve a számítógépet és a fülhallgatót
összekötő huzalon);
– multiméter (az ellenállás
mérésére).
2. ábra. Hallásmérő berendezésünk
Mérőműszerünk kalibrálása
Ahhoz, hogy méréseink összehasonlíthatók
legyenek a szokásos audiogramokkal, berendezésünket kalibráltuk: egy szonométerrel
(hangerősségmérővel) megkerestük a hangerősség és az ellenállás közti kapcsolatot
(3.
ábra). Mivel a szonométer rendkívül érzékeny volt, a kalibrálást a
kolozsvári Agnus Rádió süketszobájában végeztük.
3. ábra. Mérőműszerünk
kalibrálási diagramja
A zaj káros hatása a fiatalokra
Habár több korosztályon
is végeztünk hallásméréseket, célunk elsősorban a fiatal korosztály halláskárosodásának
felmérése volt. A fülünket érő hanghatás károsító mértéke függ a hang erősségétől
és időtartamától. Rövid ideig tartó nagyon intenzív, vagy sokáig tartó,
kevésbé intenzív zaj is éppúgy maradandóan károsíthatja fülünket, ha e
behatások után pihenésképpen nem biztosítunk kellő ideig csendet a hallószervünknek.
Habár a fiatalok általában
tisztában vannak azzal, hogy a túl hangos zene károsíthatja a hallásukat,
mégsem csökkentik a zenelejátszójuk hangerejét. Elődeink klasszikus és
népi muzsikáját a nagy hangerejű beat, pop, house és heavy metal fülsiketítő
zenéje váltotta fel, melyet a rajongók nagyteljesítményű hangosító berendezésekkel
tesznek még „élvezhetőbbé”.
A 120–130 decibelt elérő
erős hangoktól egyszeri behatásra is visszafordíthatatlanul károsodhatnak
a hallósejtek, de ha nap mint nap 85 decibelnyi értéknél nagyobb éri a
fület, az is halláscsökkenést idéz elő. Ez utóbbi igen alattomosan működik,
mert a halláscsökkenés mindig a 4000–6000 Hz tájékán, a magas hangoknál
kezd kialakulni, ami a beszédértést nem befolyásolja, mivel a beszéd hangjai
körülbelül a 150 és 2500 Hz közötti tartományban vannak. Tehát megvan rá
az esély, hogy az áldozat addig észre sem veszi halláskárosodását, amíg
az a beszédértést nem zavarja.
A különböző zeneklubokban
nagy előszeretettel használják a 40 Hz-es hangsugárzást, ami növeli a hallgatók
adrenalin-szintjét, ezzel egyfajta függőséget okozva. Az autókban dübörgő
hasonló zene okozza a balesetek nagy százalékát, mivel a zene hallgatója
egyfajta transz állapotba kerül, elveszítve a lélekjelenlétét és reflexei
gyorsaságát. A másik nagyon nagy probléma az, hogy e hangsugárzás nagymértékben
károsítja a hallást. Kísérleti állatokon kimutatták, hogy a szőrsejtek
emiatt elpusztulnak a Corti-szervben.
Mérési eredményeink a
fiatalok hallásvesztésére vonatkozóan
Az általunk készített berendezéssel
hallásméréseket végeztünk kortársaink körében, két csoportot különböztetve
meg: (1) zeneklubokba járó, illetve rendszeresen hangos zenét hallgató
fiatalok, és (2) az e szórakozást kerülő fiatalok. Külön vizsgáltuk
a jobb és a bal fület.
A mérési eredményeinket –
Hőgyeshez hasonlóan – ellenállás-egységekben fejeztük ki. Az adatok kiértékelését
egy általunk (Pascal programozási nyelvben) írt szoftver segítségével is
elvégeztük. A különbség más audiogrammokhoz képest az, hogy a függőleges
tengelyen a hangerősség helyett az ellenállás jelenik meg. E grafikonokhoz
hasonlóan a függőleges tengely pozitív irányát lefelé vettük fel. A grafikus
képen megjelenő pontok minél lejjebb helyezkednek el, annál jobb a hallás,
mivel mennél nagyobb ellenállást iktattunk be, annál halkabb lett a hang.
A következő frekvenciaértékeken végeztük a méréseinket: 500, 1000, 2000,
2500, 3000, 3500 és 4000 Hz. Eredményeink egyértelműen tükrözik az említett
hangos zene káros hatásait. Audiogrammjainkon a vízszintes tengelyen a
hang frekvenciáját (Hz), míg a függőleges tengelyen az ellenállást (kOhm)
tüntettük fel.
4. ábra. Első kísérleti
alanyunk, akinek nem szenvedélye a zene, normális hallású fiatalember,
hallásélessége a frekvencia növekedésével kissé növekedik
Első kísérleti alanyunk (P.
A., 17 éves) nem él semmilyen zenei szenvedélynek. Amint a 4. ábrán
láthatjuk, P. A. viszonylag normális hallású fiatalember, akinek a hallásélessége
a frekvencia növekedésével kissé növekedik, de e jelenség általános. Második
alanyunk (P. R., 18 éves) ritkán eljár bulikra, illetve rendszeresen hallgat
mp3 lejátszót fülhallgatóval. Ezért a hallása észrevehetően gyengébb, mint
az első személyé, de nem mondható rossznak (5. ábra). Ha viszont
tovább folytatja eddigi zenehallgatási szokását, esetleg később hallásproblémái
lehetnek.
5. ábra. Második alanyunk
ritkán eljár bulikra, illetve rendszeresen hallgat mp3 lejátszót fülhallgatóval,
ezért hallása észrevehetően gyengébb, mint az első személyé, de nem mondható
rossznak
Harmadik alanyunk (K. K.,
18 éves) rendszeresen jár klubokba, illetve mp3 lejátszót is rendszeresen
hallgat. Annak ellenére, hogy a bal fülénél nagyon jó hallást mértünk,
a jobb füle esetében drasztikus volt az eltérés (6. ábra). Mint
korábban is jeleztük, a hallásprobléma magas frekvenciáknál kezdődik, majd
így romlik tovább az alacsonyabb frekvenciák felé. A harmadik személy még
kevésbé érzékelheti ezt, mivel a 3000–4000 Hz-es hangok nem túl gyakoriak
a mindennapokban. Ennek ellenére a probléma fennáll, és a hallása tovább
romolhat.
6. ábra. Harmadik alanyunk
rendszeresen jár klubokba, illetve mp3 lejátszót is rendszeresen hallgat.
Annak ellenére, hogy a bal fülénél nagyon jó hallást mértünk, a jobb füle
esetében drasztikus volt az eltérés
A zajszennyezés korunk egyik
nagy problémája, amellyel nap mint nap szembesülünk, de nem túl sokat teszünk
ellene.
Az írás
szerzői diákpályázatunkon a Varjú Dezső emeritus professzor által alapított
Biofizika kategóriában II. díjat nyertek.
Természet Világa, |
140. évfolyam, 9. szám,
2009. szeptember
http://www.termeszetvilaga.hu/
http://www.chemonet.hu/TermVil/ |