Hệ thống cảnh báo ô nhiễm âm thanh theo thời gian thực tại các trường học

Âm thanh (sound) là các dao động cơ học (biến đổi vị trí qua lại) của các phân tử, nguyên tử hay các hạt làm nên vật chất và lan truyền trong vật chất như các sóng. Âm thanh, giống như nhiều sóng, được đặc trưng bởi tần số, bước sóng, chu kỳ, biên độ và vận tốc lan truyền (tốc độ âm thanh). Đối với thính giác của người, âm thanh thường là sự dao động, trong dải tần số từ khoảng 16 Hz đến khoảng 20 000 Hz, của các phân tử không khí, và lan truyền trong không khí, va đập vào màng nhĩ, làm rung màng nhĩ và kích thích bộ não. Tuy nhiên âm thanh có thể được định nghĩa rộng hơn, tuỳ vào ứng dụng, bao gồm các tần số cao hơn hay thấp hơn tần số mà tai người có thể nghe thấy, không chỉ lan truyền trong không khí mà còn truyền trong bất cứ vật liệu nào. Trong định nghĩa rộng này, âm thanh là sóng cơ học và theo lưỡng tính sóng hạt của vật chất, sóng này cũng có thể coi là dòng lan truyền của các hạt phonon, các hạt lượng tử của âm thanh [1].

Tiếng ồn (noise) là những âm thanh không mong muốn. Gây khó chịu cho người nghe, ảnh hưởng tới quá trình làm việc và nghỉ ngơi. Tiếng ồn vật lý là những dao động sóng âm với cường độ và tần số khác nhau, sắp xếp không có trật tự và được lan truyền trong môi trường đàn hồi, đơn vị đo là dB (đề-xi-ben) 1

Ô nhiễm tiếng ồn (noise pollution) cũng được gọi là tiếng ồn môi trường hay ô nhiễm âm thanh, là sự lan truyền tiếng ồn có tác hại đến hoạt động của con người và động vật [2] là tiếng ồn trong môi trường vượt quá ngưỡng nhất định gây khó chịu cho người hoặc động vật [3]. Tiếng ồn được đo bằng Decibel (dB), số dB càng cao càng gây nguy hại cho tai (ngưỡng nguy hại là trên 85 dB, WHO, 1974). Người tiếp xúc lâu với tiếng ồn được gọi là đối tượng phơi nhiễm.

Robert Koch, một bác sĩ, nhà sinh học người Đức, người đạt giải Nobel Y học năm 1905 trong công trình nghiên cứu về bệnh lao, đã tiên đoán rằng: “Một ngày nào đó con người sẽ phải đối mặt với ô nhiễm tiếng ồn giống như những dịch bệnh” [4] và cho tới nay, điều này ngày một hiện hữu. Ảnh hưởng của tiếng ồn đến sức khỏe nghiêm trọng hơn nhiều người nghĩ như rối loạn giấc ngủ, rối loạn huyết áp, stress đi kèm với rối loạn tâm sinh lý, rối loạn nội tiết tố, rối loạn thần kinh [5]  ảnh hưởng đến hệ tim mạch [6] hay nghiêm trọng gây nên các bệnh đau tim cấp tính [7] giảm thính lực và đặc biệt ảnh hưởng đến sự phát triển của trẻ nhỏ [8].

 Theo Tổ chức Y tế Thế giới, gần 50% số người trong độ tuổi từ 12 – 35 có thể tiếp xúc với mức âm thanh không an toàn từ việc sử dụng các thiết bị âm thanh cá nhân, khoảng 40% những người trong độ tuổi đó có thể tiếp xúc với mức độ ẩm thanh gây tổn hại các điểm giải⁸. Từ năm 2001-2008, tại Mỹ đã ước tính 30 triệu người Mỹ trên 12 tuổi gặp khả năng nghe kém ở cả 2 tai và 48 triệu người Mỹ trên 12 tuổi gặp khả năng nghe kém ở 1 tai do tác động của tiếng ồn đô thị [9], 10% dân Mỹ mắc chứng ù tai kéo dài ít nhất 5 phút trong vòng 4 năm do tiếng ồn từ môi trường gây nên [10]. Suy giảm thính lực là một trong ba căn bệnh mãn tính nguy hiểm phổ biến ở Mỹ sau ung thư và tiểu đường [11] và tổng chi phí điều trị bệnh suy giảm thính lực sẽ gấp 6 lần vào năm 2030 (51,4 tỷ USD) so với năm 2002 (8,2 tỷ USD) (Stucky SR, 2010) [12].

Tại Việt Nam, Thông tư số 24/2016/TT-BYT ngày 30 tháng 6 năm 2016 của Bộ Y tế [13] "Quy định quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về tiếng ồn – mức tiếp xúc cho phép tiếng ồn tại nơi làm việc” đã chỉ rõ giới hạn cho phép mức áp suất âm tại các phòng lao động trí óc, nghiên cứu thiết kế, thống kê, lập chương trình máy tính, phòng thí nghiệm lý thuyết và xử lý số liệu thực nghiệm không vượt quá 55dB. Theo Thông tư số 39 số 39/2010/TT-BTNMT ngày 16 tháng 12 năm 2010 của Bộ Tài nguyên và Môi trường về “Quy định chuẩn kĩ thuật quốc gia về môi trường” đã quy định đối với khu vực đặc biệt (là những khu vực trong hàng rào của các cơ sở y tế, thư viện, nhà trẻ, trường học, nhà thờ, đình, chùa …) quy định giới hạn tiếng ồn không được vượt quá 55dB trong khoảng thời gian từ 6h – 21h mỗi ngày.

Kết quả từ nhóm nghiên cứu của trường Đại học Giáo dục nghiên cứu trên 400 trường phổ thông (Tiểu học, THCS, THPT) ở cổng trường, hành lang lớp học và trong lớp học đã chỉ ra rằng, 100% các trường nghiên cứu đều bị ảnh hưởng ô nhiễm tiếng ồn từ môi trường bên ngoài với mức độ ồn từ 55-85Db, trong đó có trên 50% số trường có mức ô nhiễm tiếng ồn nghiêm trọng (trên 85 Db). Một số nguồn chính của tiếng ồn bước đầu được ghi nhận chủ yếu từ giao thông công cộng (gần trục quốc lộ, đường vành đai), từ công trình xây dựng, từ hoạt động của của học sinh, giáo viên, các hoạt động chung của nhà trường...

Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn và đặt 46 trạm sensors ghi nhận dữ liệu độ ồn theo thời gian thực. Hệ thống tích hợp các phần mềm: App PNI trên điện thoại theo dõi thực trang ô nhiễm âm thanh tại vị trí của người sử dụng điện thoại và nhận các thông tin cảnh báo ô nhiễm, nguy hiểm đến sức khỏe qua email hoặc tin nhắn. Hệ thống lưu trữ dữ liệu lớn, tích hợp với GIS cho kết quả là hệ thống các bản đồ thực trạng ô nhiễm âm thanh và hệ thống bản đồ heatmap biểu thị biến động ô nhiễm âm thanh theo thời gian thực của các trường phổ thông có đặt sensor nghiên cứu.

Các sensor đo độ ồn tại các trường phổ thông

Chi tiết giới thiệu về hệ thống:

Cán bộ nhóm nghiên cứu lắp đặt các sensor đo độ ồn tại các trường phổ thông

Hệ thống đã được triển khai thử nghiệm trong 3 tháng và đang tiếp tục hoàn thiện. Với hướng tiếp cận liên ngành trong nghiên cứu khoa học giáo dục, nhóm nghiên cứu – các giảng viên của Khoa Sư phạm, khoa các khoa học giáo dục, khoa Quản trị chất lượng, khoa Quản lý giáo dục và khoa Công nghệ giáo dục không chỉ dừng lại ở nghiên cứu giải pháp công nghệ mà còn tìm kiếm, đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm âm thanh để bảo vệ sức khỏe học sinh và giáo viên trong bối cảnh ô nhiễm âm thanh ở môi trường học đường. Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội là đơn vị tiên phong trong nghiên cứu liên ngành trong bối cảnh chuyển đổi số trong giáo dục, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo các ngành mới như: Quản trị Công nghệ giáo dục, Quản trị trường học, Tham vấn học đường, Quản trị chất lượng giáo dục và Cử nhân khoa học giáo dục. Thông tin thông tin về các ngành đào tạo mới này được chi tiết TẠI ĐÂY.

Nhóm nghiên cứu Công nghệ giáo dục
Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội

Tài liệu tham khảo:

[1] Wikipedia Âm thanh, accessed, from https://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%82m_thanh

[2] Senate Public Works Committee (1972), "Noise Pollution and Abatement Act of 1972", S. Rep. No. 1160, 92nd Congress. 2nd session

[3] C. Michael Hogan and Gary L Latshaw (1973), "The relationship between highway planning and urban noise", The Proceedings of the ASCE. Urban Transportation. May 21–23, 1973, Chicago, Illinois, New York : American Society of Civil Engineers, accessed, from https://www.worldcat.org/wcpa/top3mset/2930880.

[4] S. Rosen and P. Olin (1965), "Hearing Loss and Coronary Heart Disease", Archives of Otolaryngology. 82, p. 236.

[5] WHO (2018), Statistics about the Public Health Burden of Noise-Induced Hearing Loss, Environmental Health – CDC 24/7 accessed, from https://www.cdc.gov/nceh/hearing_loss/public_health_scientific_info.html.

[6] Münzel Thomas, et al. (2018), "Environmental Noise and the Cardiovascular System", Journal of the American College of Cardiology. 71(6), pp. 688-697.

[7] S. Rosen and P. Olin (1965), "Hearing Loss and Coronary Heart Disease", Archives of Otolaryngology. 82, p. 236.

[8] WHO (2018), Statistics about the Public Health Burden of Noise-Induced Hearing Loss, Environmental Health – CDC 24/7 accessed, from https://www.cdc.gov/nceh/hearing_loss/public_health_scientific_info.html.

[9] Lin FR, Niparko JK, and Ferrucci L (2011), "Hearing loss prevalence in the United States", Arch Intern Med. 171(20), pp. 1851-3.

[10] National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD) (2013), Based on calculations performed by NIDCD Epidemiology and Statistics Program staff: (1) tinnitus prevalence was obtained from the 2008 National Health Interview Survey (NHIS); (2) the estimated number of American adults reporting tinnitus was calculated by multiplying the prevalence of tinnitus by the 2013 U.S. Census population estimate for the number of adults (18+ years of age).

[11] Blackwell DL, Lucas JW, and Clarke TC (2014), "Summary health statistics for US adults:  National Health Interview Survey, 2012", Vital Health Stat 10(260), pp. 1-161.

[12] Stucky SR, Wolf KE, and Kuo T (2010), "The economic effect of age-related hearing loss:  National, state, and local estimates, 2002 and 2030", J Am Geriatr Soc. 58, pp. 618-9.

[13] Bộ Tài nguyên và Môi trường (2010), Thông tư số 39/2010/TT-BTNMT về Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về tiếng ồn, Bộ Tài nguyên và môi trường.

Ghi chú: Những quan điểm của tác giả không hẳn là quan điểm của Tạp chí Giáo dục.