Использование инфразвука. Инфразвук: особенности, применение и влияние на человека

Что такое инфразвук и как он возникает. Какие существуют источники инфразвука в природе и технике. Как применяется инфразвук в науке, медицине и военной сфере. Какое влияние оказывает инфразвук на организм человека.

Что такое инфразвук и как он образуется

Инфразвук представляет собой звуковые колебания очень низкой частоты — менее 16-20 Гц. Такие колебания не воспринимаются человеческим ухом, но могут оказывать существенное влияние на организм. Инфразвуковые волны имеют большую длину и слабо поглощаются различными средами, благодаря чему способны распространяться на значительные расстояния.

Основные характеристики инфразвука:

• Частота колебаний: от 0,001 до 16-20 Гц
• Длина волны: от нескольких метров до десятков километров
• Скорость распространения: примерно равна скорости звука в данной среде
• Слабое поглощение различными средами
• Способность огибать препятствия (дифракция)

Инфразвуковые колебания могут возникать естественным путем или генерироваться искусственно. Каковы основные источники инфразвука?

Природные и техногенные источники инфразвука

В природе существует множество источников инфразвуковых волн:

• Землетрясения и извержения вулканов
• Грозовые разряды
• Ураганы и штормы
• Обвалы и оползни
• Полярные сияния
• Движение морских волн

Техногенные источники инфразвука включают:

• Промышленные установки и механизмы
• Двигатели автомобилей, самолетов, кораблей
• Взрывы и выстрелы
• Системы вентиляции и кондиционирования
• Специальные инфразвуковые излучатели

Как природные, так и техногенные источники могут генерировать инфразвуковые волны значительной интенсивности. Это позволяет применять инфразвук в различных областях.

Применение инфразвука в науке и технике

Благодаря своим уникальным свойствам, инфразвук нашел широкое применение:

В метеорологии и геофизике:

• Прогнозирование погоды и стихийных бедствий
• Обнаружение ураганов и цунами
• Изучение строения атмосферы и океана

В навигации и связи:

• Гидролокация и подводная связь
• Обнаружение судов и подводных лодок
• Дальняя радиосвязь с использованием инфразвуковых волн

В промышленности:

• Неразрушающий контроль материалов и конструкций
• Обнаружение утечек в трубопроводах
• Сейсмическая разведка полезных ископаемых

Как применяется инфразвук в медицине?

Использование инфразвука в медицине

В медицине инфразвуковые колебания используются для диагностики и лечения различных заболеваний:

Диагностическое применение:

• Инфразвуковая диагностика заболеваний внутренних органов
• Выявление патологий сердечно-сосудистой системы
• Оценка состояния костно-мышечного аппарата

Терапевтическое воздействие:

• Лечение заболеваний опорно-двигательного аппарата
• Улучшение микроциркуляции крови
• Снижение болевого синдрома
• Ускорение регенерации тканей

Однако применение инфразвука в медицине требует осторожности из-за его потенциально опасного влияния на организм человека при неправильном использовании.

Влияние инфразвука на организм человека

Воздействие инфразвуковых колебаний на человека может вызывать различные эффекты в зависимости от частоты и интенсивности:

Физиологические эффекты:

• Головные боли и головокружение
• Нарушение равновесия
• Тошнота и расстройство пищеварения
• Нарушения зрения и слуха
• Повышенная утомляемость

Психологические эффекты:

• Чувство тревоги и страха
• Снижение концентрации внимания
• Депрессивные состояния
• Повышенная раздражительность

Особенно опасны инфразвуковые колебания с частотой 4-8 Гц, которые могут вызвать резонанс внутренних органов человека. Инфразвук частотой около 7 Гц может оказывать крайне негативное воздействие на центральную нервную систему.

Как защититься от вредного влияния инфразвука?

Методы защиты от инфразвука

Для снижения негативного воздействия инфразвуковых колебаний применяются следующие меры:

• Использование звукоизолирующих материалов и конструкций
• Применение активных систем подавления инфразвука
• Использование средств индивидуальной защиты (специальные наушники)
• Ограничение времени пребывания в зоне действия инфразвука
• Проведение регулярных медицинских осмотров для работающих с инфразвуковыми установками

При правильном применении этих мер можно значительно снизить риск негативного влияния инфразвука на организм человека.

Перспективы применения инфразвука

Несмотря на потенциальную опасность, инфразвук имеет широкие перспективы применения в различных областях:

• Разработка новых методов неинвазивной диагностики заболеваний
• Создание эффективных систем предупреждения стихийных бедствий
• Совершенствование технологий неразрушающего контроля в промышленности
• Развитие инфразвуковых средств связи и навигации
• Исследование возможностей использования инфразвука в альтернативной энергетике

Дальнейшее изучение свойств и эффектов инфразвука открывает новые горизонты для его применения на благо человечества при соблюдении необходимых мер безопасности.

Инфразвук. Работа и применение. Особенности и влияние

Инфразвук представляет собой звуковые волны низкой частоты, которые люди не слышат. Так как слуховой аппарат людей может воспринимать звуки в пределах частот от 16 до 20 тысяч, то за верхний уровень частот инфразвука принято считать 16 Гц. Наименьший уровень этого диапазона расположен на уровне 0,001 Гц. Однако на практике интерес представляют колебания, имеющие десятую или сотую доли герца.

Инфразвук

Инфразвуковые волны представляют низкочастотные механические колебания менее 16 Гц. Его источниками могут являться естественные объекты в виде грозовых разрядов или землетрясений, а также искусственные объекты в виде станков, автомобилей, взрывов или специальных устройств. Волны также могут сопровождать шумы при работе транспорта и промышленных установок. Типичным примером таких низкочастотных колебаний является вибрация.

Так как инфразвуковые колебания слабо поглощаются разными средами, они могут перемещаться на весьма значительные расстояния по поверхности земли, воды и воздуха. Благодаря такому свойству удается определить расположение эпицентра землетрясения, мощного взрыва либо стреляющей пушки. Так колебания в океане идут на большие расстояния, то фиксирующее оборудование может за определенный период времени получить данные о возникновении стихийного бедствия, к примеру, цунами.

Природа появления инфразвуковых колебаний аналогична слышимому звуку, вследствие чего им свойственны те же физические принципы, что и обычному звуку. Инфразвук имеет достаточно большую длину волны, вследствие чего у них наблюдается ярко выраженная дифракция. Вообще дальнобойность является важным свойством сверхнизкого звука. Благодаря способности отражения и дальнобойности инфразвуковые волны находят широкое применение в самых разных областях науки и техники.

Принцип действия

Инфразвук может создавать любое тело, которое имеет определенное колебательное движение. Так как частота собственных колебаний снижается с увеличением размеров объекта, то в большинстве случаев инфразвуковые волны появляются при колебаниях или быстрых перемещениях. Например, в домашних условиях их можно получить ударом по натянутому полотну ткани или резком закрытии двери и так далее. Источниками таких колебаний могут послужить и природные явления: гроза, землетрясения и тому подобное.

Генераторами незатухающих волн являются устройства, которые напоминают свистки. Если труба имеет закрытый конец, то длина волны соответствует 1/4 стоячей волны. Так как длина волны является большой, то следует брать большую трубу. При помощи свистков можно получить весьма значительные мощности. К примеру, инфразвуковой «свисток», который создал французский ученый Гавро, имел наибольшую мощность в 2 кВт и диаметр в 1,5 м. При его использовании появлялись волны, которые приводили к появлению трещин на стенах. Если бы его включили на всю мощность, то волны могли бы разрушить целое здание.

Инфразвуковые волны гораздо лучше проникают в помещения, чем звуковые. К тому же они оказывают неблагоприятное влияние на человека. При длительном воздействии у людей появляется раздражение, головная боль и усталость. Действие волн на человека объясняется резонансной природой. В случае приближения частот колебаний тела к частотам внешней инфразвуковой волны наблюдается эффект резонанса.

Если человек лежит, то его частота тела человека равняется 4 Гц, в стоячем положении она составляет от 5 до 12 Гц. При этом каждый орган человека имеет свою частоту колебаний. Для брюшной полости частота составляет 3-4 Гц, для грудной клетки – в пределах 6-8 Гц и так далее. При совпадении волн с этими частотами происходит резонанс, который вызывает неприятные ощущения, а в некоторых случаях приводит к весьма тяжелым последствиям. Именно поэтому в промышленности, транспорте и жилых домах принимаются меры, чтобы снизить воздействие инфразвуковых колебаний.

При возникновении резонанса человеку кажется, что его внутренние органы начинают вибрировать. Инфразвук определенной частоты способен вызвать даже расстройства мозга, привести к слепоте и даже вызвать смерть. По такому же принципу инфразвуковые волны воздействуют и на другие объекты. К примеру, в истории известен случай, когда по каменному мосту маршем, чеканя шаг, передвигался отряд солдат. В результате возникли колебания, которые совпали с внутренней частотой моста. Возник резонанс, который привел к разрушению моста.

Применение

Инфразвук является не только нежелательным и опасным явлением, его часто используют и в полезных целях. Так инфразвуковые колебания применяют для исследования океанов, атмосферы, в том числе нахождения мест, где происходят взрывы или извержения вулканов. При помощи них предсказывают цунами и контролируют проведение подземных ядерных взрывов. Для регистрации инфразвуковых волн используют геофоны, гидрофоны или микрофоны.

На сегодняшний день инфразвуковые волны начинают медленно, но успешно использовать в медицинских целях. Главным образом их применяют для удаления опухолей во время лечения рака, лечения болезней роговицы, а также в ряде иных областей. В нашей стране инфразвуковыми колебаниями впервые лечили роговицу в детской клинической больнице. С этой целью был создан и использован инфразвуковой фонофорез.

При помощи этого прибора и создаваемых им инфразвуковых волн к роговице были доставлены лекарственные вещества, которые ускорили выздоровление и привели к рассасыванию помутнений в роговице.

На данный момент разрабатываются различные физиотерапевтические технологии, в которых используются инфразвуковые волны. Однако такое лечение используют только отдельные специалисты и узконаправленно. В лечении рака применяются только отдельные экземпляры приборов, которые работают на инфразвуковых колебаниях. У них большая перспектива, однако, развитие подобных методов останавливает вредное воздействие, которое оказывают инфразвуковые волны на живой организм. Тем не менее, в будущем эти проблемы должны быть решены.

Военное применение

Сегодня американскими, российскими и иными зарубежными специалистами разрабатывается инфразвуковое оружие. Каждая страна желает преуспеть в этом деле, ведь это позволит получить недорогое, но эффективное средство, которое будет способно скрытно оказывать действие на множество людей. В зависимости от используемой частоты на поле боя инфразвук будет приводить противника к паническому состоянию, вызывать сумасшествие, страх, плохое самочувствие и смерть. Обладателю такого оружие будет достаточно направить его в сторону солдат, чтобы те разбежались.

Инфразвуковое оружие уже находит применение против толпы. Подобное оружие было применено в Грузии против протестующих. Люди под воздействием волн ощущали невероятный страх, они хотели спрятаться. Им казалось, что они сходят с ума и даже погибают. Некоторые люди теряли контроль и на некоторое время полностью забывали, кто они и что вокруг происходит. Затем люди приходили в себя, но не понимали, как они оказывались в том или ином месте. После этих событий многие люди имели стойкий страх перед участием в митингах или любых других массовых мероприятиях.

Хотя инфразвуковое оружие и показало свою состоятельность, однако последствия, которые оно может оказать на людей, до сих пор толком не изучено. Проблемой является и то, что инфразвук в городских условиях преломляется и отражается, воздействуя в обратном направлении. Явление резонанса также можно использовать и при осаде строения, где располагаются террористы. Но здесь также достаточно много «белых» пятен.

Подоплека военного применения инфразвука

Тем не менее, у изобретателей есть исторический пример вполне успешного применения инфразвукового оружия. Так в Библии описывается случай, когда евреи разрушили стены Иерихона с помощью звука, которые издавали священные трубы. На этом примере и “немцы” пытались создать свое инфразвуковое оружие для уничтожения самолетов противника. Но это не привело к успеху.

“Немцы” пытались устраивать диверсии против англичан. Они посылали в Великобританию специальные грампластинки, на которых были записаны мелодии. При включении записи пластинки должны были излучать инфразвук. Однако и здесь немецких военных ждала неудача.

Тем не менее, немецкие ученые не останавливали свои изобретательские работы. Ричард Валлаушек продолжил создание устройства, которое могло бы привести к смерти противника. В 1944 году он продемонстрировал установку Schallkanone, которая напоминала параболический отражатель, внутри которого располагался инжектор с зажиганием. В него подавалось горючее вещество и кислород.

При поджигании смеси устройство через определенные промежутки времени выдавало волны требуемой частоты. В результате, люди, которые находились на расстоянии 60 метров от устройства. Падали замертво и погибали. Установка показала эффективность, однако уже был конец войны, ее не удалось полноценно испытать и запустить в серию. Саму же установку после разгрома “немцев” вывезли в Америку, как и многие другие образцы акустического оружия.

Сегодня идеи “немцев” получили свое развитие. Не так давно американская армия продемонстрировала устройство, которое генерирует «акустические пули». Специалисты из России также показали свою установку, которая создает инфразвуковые «акустические пули», которые поражают противника за сотни метров.

Похожие темы:

Применение инфразвука в медицине

В настоящее время инфразвук начинают медленно использовать в медицине. В основном при лечении рака (удаление опухолей), в микрохирургии глаза (лечение заболеваний роговицы) и в некоторых других областях. В России впервые лечение инфразвуком роговицы глаза применили в Российской детской клинической больнице.

Впервые в практике детской офтальмологии при лечении заболеваний роговицы применен инфразвук и инфразвуковой фонофорез. Подведение лекарственных веществ к роговице с помощью инфразвука позволило не только ускорить процесс выздоровления, но и способствовало рассасыванию стойких помутнений роговицы, а также снизить количество рецидивов заболевания. Сейчас существуют немало физиоотерапевтических аппаратов использующих метод лечения инфразвуком. Но они имеют применение лишь в узких специализациях. По применению инфразвука против рака известно очень мало, существуют единичные устройства такого типа. Хотя перспективность их применения не вызывает больших сомнений. Сложность применения обусловлена тем, что инфразвук оказывает губительное воздействие на живой организм, нужно провести сотни испытаний и много лет работы, чтобы найти подходящие параметры воздействия. Будущее этого метода не за горами.

Влияние инфразвука на организм человека

В конце 60-х годов французский исследователь Гавро обнаружил, что инфразвук определенных частот может вызвать у человека тревожность и беспокойство. Инфразвук с частотой 7 Гц смертелен для человека. Действие инфразвука может вызвать головные боли, снижение внимания и работоспособности и даже иногда нарушение функции вестибулярного аппарата. Ритмы характерные для большинства систем организма человека лежат в инфразвуковом диапазоне:

• сокращения сердца 1-2 Гц

• дельта-ритм мозга (состояние сна) 0,5-3,5 Гц

• альфа-ритм мозга (состояние покоя) 8-13 Гц

• бета-ритм мозга (умственная работа) 14-35 Гц [6,138 ].

Внутренние органы вибрируют тоже с инфразвуковыми частотами. В инфразвуковом диапазоне находится ритм кишечника. По мнению Гавро, при 7 Гц возможен паралич сердца и нервной системы.

Довольно эффективно, в смысле влияния на человека, задействование механического резонанса упругих колебаний с частотами ниже 16 Гц, обычно не воспринимаемыми на слух. Самым опасным здесь считается промежуток от 6 до 9 Гц. Значительные психотронные эффекты сильнее всего выказываются на частоте 7 Гц, созвучной альфаритму природных колебаний мозга, причем любая умственная работа в этом случае делается невозможной, поскольку кажется, что голова вот — вот разорвется на мелкие кусочки. Звук малой интенсивности вызывает тошноту и звон в ушах, а также ухудшение зрения и безотчетный страх. Звук средней интенсивности расстраивает органы пищеварения и мозг, рождая паралич, общую слабость, а иногда слепоту. Упругий мощный инфразвук способен повредить, и даже полностью остановить сердце. Обычно неприятные ощущения начинаются со 120 дБ напряженности, травмирующие — со 130 дБ. Инфрачастоты около 12 Гц при силе в 85-110 дБ, наводят приступы морской болезни и головокружение, а колебания частотой 15-18 Гц при той же интенсивности внушают чувства беспокойства, неуверенности и, наконец, панического страха(!). Может быть, в этом также «виноват» резонанс . В физике резонансом называют увеличение амплитуды колебаний объекта, когда его собственная частота колебаний совпадает с частотой внешнего воздействия. Если таким объектом окажется внутренний орган, кровеносная либо нервная система, то нарушение их функционирования и даже механическое разрушение, вполне реально. Ниже приведены исследования медиков в области воздействия инфразвука на организм человека: Медики обратили внимание на опасный резонанс брюшной полости, имеющей место при колебаниях с частотой 4-8 Гц. Попробовали стягивать (сначала на модели) область живота ремнями. Частоты резонанса несколько повысились, однако физиологическое воздействие инфразвука не ослабилось. Воздействие инфразвука на некоторые органы и системы:

Легкие и сердце, как всякие объемные резонирующие системы, также склонны к интенсивным колебаниям при совпадении частот их резонансов с частотой инфразвука. Самое малое сопротивление инфразвуку оказывают стенки легких, что в конце концов может вызвать их повреждение. Мозг. Здесь картина взаимодействия с инфразвуком особенно сложна. Небольшой группе испытуемых было предложено решить несложные задачи сначала при воздействии шума с частотой ниже 15 герц и уровнем примерно 115 дБ, затем при действии алкоголя и, наконец, при действии обоих факторов одновременно. Была установлена аналогия воздействия на человека алкоголя и инфразвукового облучения. При одновременном влиянии этих факторов эффект усиливался, способность к простейшей умственной работе заметно ухудшалась. В других опытах было установлено, что и мозг может резонировать на определенных частотах. Кроме резонанса мозга как упруго-инерционного тела выявилась возможность “перекрестного” эффекта резонанса инфразвука с частотой a- и b- волн, существующих в мозгу каждого человека. Эти биологические волны отчетливо обнаруживаются на энцефалограммах, и по их характеру врачи судят о тех или иных заболеваниях мозга. Высказано предположение о том, что случайная стимуляция биоволн инфразвуком соответствующей частоты может влиять на физиологическое состояние мозга. Кровеносные сосуды. Здесь имеются некоторые статистические данные. В опытах французских акустиков и физиологов 42 молодых человека в течении 50 минут подверглись воздействию инфразвука с частотой 7.5 Гц и уровнем 130 дБ. У всех испытуемых возникло заметное увеличение нижнего предела артериального давления. При воздействии инфразвука фиксировались изменения ритма сердечных сокращений и дыхания, ослабление функций зрения и слуха, повышенная утомляемость и другие нарушения. В процессе эволюции у человека, видимо, сформировался центр, чувствительный к инфразвуковым колебаниям, предвестникам землетрясений и вулканических извержений. Комплекс реакций, которые должны проявляться при воздействии па этот центр: избегать замкнутых пространств, для того чтобы не попасть в завал; стремиться удалиться от рядом находящихся объектов, грозящих обвалиться; бежать «куда глаза глядят», для того чтобы выйти из района стихийного бедствия. И сейчас можно наблюдать подобную реакцию у многих животных. В то же время при непосредственном воздействии на организм возникают неконкретные реакции, такие как вялость, слабость и различные расстройства, так же как, например, при облучении рентгеновскими лучами, высокочастотными радиоволнами. Человек утратил высокую чувствительность к инфразвуковым колебаниям, но при большой интенсивности древняя защитная реакция пробуждается, блокируя возможности сознательного поведения. Следует подчеркнуть, что страх не будет вызван внешними образами, а будет как бы «исходить изнутри». У человека будет ощущение, чувство «чего-то ужасного». В зависимости от интенсивности инфразвуковых колебаний, находящиеся на корабле люди будут испытывать различные степени паники и неадекватных действий (тут уместно вспомнить «Одиссею» Гомера). Данная гипотеза в принципе проливает свет на исчезновение моряков в знаменитом Бермудском треугольнике, выдвигая в качестве причины, например, массовое самоубийство (этой версией можно объяснить до 30-50% всех происшествий на Бермудах).

Презентация на тему «Использование ультразвука и инфразвука»

Слайд 1

Использование ультразвука и инфразвука Что такое ультразвук ? История открытия ультразвука. Использование ультразвука. Что такое инфразвук ? Использование инфразвука .

Слайд 2

Что такое ультразвук? Ультразвук — упругие звуковые колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16-20 кГц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 до миллиарда Гц.

Слайд 3

История открытия ультразвука В 1826 году французский учёный Колладон определил скорость звука в воде. Эксперимент Колладона считается рождением современной гидроакустики. Удар в подводный колокол в Женевском озере происходил с одновременным поджогом пороха. Вспышка от пороха наблюдалась Колладоном на расстоянии 10 миль. Он также слышал звук колокола при помощи подводной слуховой трубы. Измеряя временной интервал между этими двумя событиями, Колладон вычислил скорость звука — 1435 м/сек. Разница с современными вычислениями только 3 м/сек . Жак Даниэль Колладон

Слайд 4

В 1880 году Пьер и Жак Кюри сделали решающее для ультразвуковой техники открытие. Братья Кюри заметили, что при оказании давления на кристаллы кварца генерируется электрический заряд, прямо пропорциональный прикладываемой к кристаллу силе. Это явление было названо «пьезоэлектричество» от греческого слова, означающего «нажать». Кроме того, они продемонстрировали обратный пьезоэлектрический эффект, который проявлялся тогда, когда быстро изменяющийся электрический потенциал применялся к кристаллу, вызывая его вибрацию. Отныне появилась техническая возможность изготовления малогабаритных излучателей и приёмников ультразвука. Жак и Пьер Кюри

Слайд 5

Использование ультразвука изучение молекулярных процессов в газах, жидкостях и полимерах изучение строения кристаллов и других твёрдых тел контроль протекания химических реакций, фазовых переходов, полимеризации и др. определение концентрации растворов определение прочностных характеристик и состава материалов определение наличия примесей определение скорости течения жидкости и газа Зависимость скорости распространения и затухания акустических волн от свойств вещества и процессов в них происходящих, используется в таких исследованиях:

Слайд 6

Гидролокация Неразрушающий контроль и дефектоскопия Медицинская диагностика Определения уровней жидкостей и сыпучих тел в закрытых ёмкостях Определения размеров изделий Визуализация звуковых полей — звуковидение и акустическая голография Большая группа методов измерения скорости и коэффициента поглощения звука основана на отражении и рассеянии волн ультразвука на границах между средами. Эти методы позволяют точно определять местонахождение инородных для среды тел и используются в таких сферах как :

Слайд 7

Что такое инфразвук Инфразву́к — упругие волны, аналогичные звуковым, но имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. За верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16—25 Гц. Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0.001 Гц. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, то есть с периодами в десяток секунд

Слайд 8

Применение инфразвука Инфразвук в метрологии. При обтекании волнистой поверхности моря потоками воздуха возникают инфразвуковые волны с частотой около 6 Гц. Инфразвук в диагностике механизмов. При работе механизмов зазоры между сопряженными деталями со временем изменяются . Инфразвук в навигации. При движении судов в море от шума двигателя и гребного винта в воде также возникают инфразвуковые волны, которые распространяются во все стороны с большой скоростью. Используя излучаемые инфразвуки, можно предупредить столкновение судов в море во время сильного тумана, ночью и в ненастье . Инфразвук в медицине. Услышать инфразвук нельзя, но вот увидеть можно. Советскими учеными разработана специальная аппаратура, позволяющая записывать инфразвуки на ленту магнитофона и наблюдать их на экране осциллографа . Инфразвук в геологии. Мощными источниками инфразвуковых колебаний являются извержения вулканов и землетрясения.

Слайд 9

Презентацию выполнил ученик 9 ,,Г ” класса ГБОУ СОШ №143 Егорин Дмитрин Источники информации : http:// fiz.1september.ru/ http ://megaobuchalka.ru / http:// beznakipi.com/ru/ https:// yandex.ru/images

Инфразвук и его применение

Инфразвук представляет собой звуковые волны низкой частоты, которые люди не слышат. Так как слуховой аппарат людей может воспринимать звуки в пределах частот от 16 до 20 тысяч, то за верхний уровень частот инфразвука принято считать 16 Гц. Наименьший уровень этого диапазона расположен на уровне 0,001 Гц. Однако на практике интерес представляют колебания, имеющие десятую или сотую доли герца.

Что это

Инфразвуковые волны представляют низкочастотные механические колебания менее 16 Гц. Его источниками могут являться естественные объекты в виде грозовых разрядов или землетрясений, а также искусственные объекты в виде станков, автомобилей, взрывов или специальных устройств. Волны также могут сопровождать шумы при работе транспорта и промышленных установок. Типичным примером таких низкочастотных колебаний является вибрация.

Так как инфразвуковые колебания слабо поглощаются разными средами, они могут перемещаться на весьма значительные расстояния по поверхности земли, воды и воздуха. Благодаря такому свойству удается определить расположение эпицентра землетрясения, мощного взрыва либо стреляющей пушки. Так колебания в океане идут на большие расстояния, то фиксирующее оборудование может за определенный период времени получить данные о возникновении стихийного бедствия, к примеру, цунами.

Природа появления инфразвуковых колебаний аналогична слышимому звуку, вследствие чего им свойственны те же физические принципы, что и обычному звуку. Инфразвук имеет достаточно большую длину волны, вследствие чего у них наблюдается ярко выраженная дифракция. Вообще дальнобойность является важным свойством сверхнизкого звука. Благодаря способности отражения и дальнобойности инфразвуковые волны находят широкое применение в самых разных областях науки и техники.

Принцип действия

Инфразвук может создавать любое тело, которое имеет определенное колебательное движение. Так как частота собственных колебаний снижается с увеличением размеров объекта, то в большинстве случаев инфразвуковые волны появляются при колебаниях или быстрых перемещениях. Например, в домашних условиях их можно получить ударом по натянутому полотну ткани или резком закрытии двери и так далее. Источниками таких колебаний могут послужить и природные явления: гроза, землетрясения и тому подобное.

Генераторами незатухающих волн являются устройства, которые напоминают свистки. Если труба имеет закрытый конец, то длина волны соответствует 1/4 стоячей волны. Так как длина волны является большой, то следует брать большую трубу. При помощи свистков можно получить весьма значительные мощности. К примеру, инфразвуковой «свисток», который создал французский ученый Гавро, имел наибольшую мощность в 2 кВт и диаметр в 1,5 м. При его использовании появлялись волны, которые приводили к появлению трещин на стенах. Если бы его включили на всю мощность, то волны могли бы разрушить целое здание.

Инфразвуковые волны гораздо лучше проникают в помещения, чем звуковые. К тому же они оказывают неблагоприятное влияние на человека. При длительном воздействии у людей появляется раздражение, головная боль и усталость. Действие волн на человека объясняется резонансной природой. В случае приближения частот колебаний тела к частотам внешней инфразвуковой волны наблюдается эффект резонанса.

Если человек лежит, то его частота тела человека равняется 4 Гц, в стоячем положении она составляет от 5 до 12 Гц. При этом каждый орган человека имеет свою частоту колебаний. Для брюшной полости частота составляет 3-4 Гц, для грудной клетки – в пределах 6-8 Гц и так далее. При совпадении волн с этими частотами происходит резонанс, который вызывает неприятные ощущения, а в некоторых случаях приводит к весьма тяжелым последствиям. Именно поэтому в промышленности, транспорте и жилых домах принимаются меры, чтобы снизить воздействие инфразвуковых колебаний.

При возникновении резонанса человеку кажется, что его внутренние органы начинают вибрировать. Инфразвук определенной частоты способен вызвать даже расстройства мозга, привести к слепоте и даже вызвать смерть. По такому же принципу инфразвуковые волны воздействуют и на другие объекты. К примеру, в истории известен случай, когда по каменному мосту маршем, чеканя шаг, передвигался отряд солдат. В результате возникли колебания, которые совпали с внутренней частотой моста. Возник резонанс, который привел к разрушению моста.

Применение

Инфразвук является не только нежелательным и опасным явлением, его часто используют и в полезных целях. Так инфразвуковые колебания применяют для исследования океанов, атмосферы, в том числе нахождения мест, где происходят взрывы или извержения вулканов. При помощи них предсказывают цунами и контролируют проведение подземных ядерных взрывов. Для регистрации инфразвуковых волн используют геофоны, гидрофоны или микрофоны.

На сегодняшний день инфразвуковые волны начинают медленно, но успешно использовать в медицинских целях. Главным образом их применяют для удаления опухолей во время лечения рака, лечения болезней роговицы, а также в ряде иных областей. В нашей стране инфразвуковыми колебаниями впервые лечили роговицу в детской клинической больнице. С этой целью был создан и использован инфразвуковой фонофорез.

При помощи этого прибора и создаваемых им инфразвуковых волн к роговице были доставлены лекарственные вещества, которые ускорили выздоровление и привели к рассасыванию помутнений в роговице.

На данный момент разрабатываются различные физиотерапевтические технологии, в которых используются инфразвуковые волны. Однако такое лечение используют только отдельные специалисты и узконаправленно. В лечении рака применяются только отдельные экземпляры приборов, которые работают на инфразвуковых колебаниях. У них большая перспектива, однако, развитие подобных методов останавливает вредное воздействие, которое оказывают инфразвуковые волны на живой организм. Тем не менее, в будущем эти проблемы должны быть решены.

Военное применение

Сегодня американскими, российскими и иными зарубежными специалистами разрабатывается инфразвуковое оружие. Каждая страна желает преуспеть в этом деле, ведь это позволит получить недорогое, но эффективное средство, которое будет способно скрытно оказывать действие на множество людей. В зависимости от используемой частоты на поле боя инфразвук будет приводить противника к паническому состоянию, вызывать сумасшествие, страх, плохое самочувствие и смерть. Обладателю такого оружие будет достаточно направить его в сторону солдат, чтобы те разбежались.

Инфразвуковое оружие уже находит применение против толпы. Подобное оружие было применено в Грузии против протестующих. Люди под воздействием волн ощущали невероятный страх, они хотели спрятаться. Им казалось, что они сходят с ума и даже погибают. Некоторые люди теряли контроль и на некоторое время полностью забывали, кто они и что вокруг происходит. Затем люди приходили в себя, но не понимали, как они оказывались в том или ином месте. После этих событий многие люди имели стойкий страх перед участием в митингах или любых других массовых мероприятиях.

Хотя инфразвуковое оружие и показало свою состоятельность, однако последствия, которые оно может оказать на людей, до сих пор толком не изучено. Проблемой является и то, что инфразвук в городских условиях преломляется и отражается, воздействуя в обратном направлении. Явление резонанса также можно использовать и при осаде строения, где располагаются террористы. Но здесь также достаточно много «белых» пятен.

Подоплека военного применения инфразвука

Тем не менее, у изобретателей есть исторический пример вполне успешного применения инфразвукового оружия. Так в Библии описывается случай, когда евреи разрушили стены Иерихона с помощью звука, которые издавали священные трубы. На этом примере и “немцы” пытались создать свое инфразвуковое оружие для уничтожения самолетов противника. Но это не привело к успеху.

“Немцы” пытались устраивать диверсии против англичан. Они посылали в Великобританию специальные грампластинки, на которых были записаны мелодии. При включении записи пластинки должны были излучать инфразвук. Однако и здесь немецких военных ждала неудача.

Тем не менее, немецкие ученые не останавливали свои изобретательские работы. Ричард Валлаушек продолжил создание устройства, которое могло бы привести к смерти противника. В 1944 году он продемонстрировал установку Schallkanone, которая напоминала параболический отражатель, внутри которого располагался инжектор с зажиганием. В него подавалось горючее вещество и кислород.

При поджигании смеси устройство через определенные промежутки времени выдавало волны требуемой частоты. В результате, люди, которые находились на расстоянии 60 метров от устройства. Падали замертво и погибали. Установка показала эффективность, однако уже был конец войны, ее не удалось полноценно испытать и запустить в серию. Саму же установку после разгрома “немцев” вывезли в Америку, как и многие другие образцы акустического оружия.

Сегодня идеи “немцев” получили свое развитие. Не так давно американская армия продемонстрировала устройство, которое генерирует «акустические пули». Специалисты из России также показали свою установку, которая создает инфразвуковые «акустические пули», которые поражают противника за сотни метров.

Инфразву́к (от лат. infra — ниже, под) — звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом. Поскольку обычно человеческое ухо способно слышать звуки в диапазоне частот 16—20’000 Гц, за верхнюю границу частотного диапазона инфразвука обычно принимают 16 Гц [1] . Нижняя же граница инфразвукового диапазона условно определена как 0,001 Гц. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей герц, то есть с периодами в десятки секунд.

Содержание

Характеристики инфразвука [ править | править код ]

Инфразвук подчиняется общим закономерностям, характерным для звуковых волн, однако обладает целым рядом особенностей, связанных с низкой частотой колебаний упругой среды [2] :

• инфразвук имеет гораздо большие амплитуды колебаний в сравнении с равномощным слышимым человеком звуком;
• инфразвук гораздо дальше распространяется в воздухе, поскольку поглощение инфразвука атмосферой незначительно;
• благодаря большой длине волны для инфразвука характерно явление дифракции, вследствие чего он легко проникает в помещения и огибает преграды, задерживающие слышимые звуки;
• инфразвук вызывает вибрацию крупных объектов, так как входит в резонанс с ними.

Перечисленные особенности инфразвука затрудняют борьбу с ним, поскольку обычные способы противошумовой борьбы (звукопоглощение, звукоизоляция, удаление от источника звука) против инфразвука малоэффективны.

Инфразвук, образующийся в море, называют одной из возможных причин появления «летучих голландцев» — судов, покинутых экипажем в открытом море в ситуации, когда физической опасности судну нет [3] (см. Бермудский треугольник, Корабль-призрак).

Источники инфразвука [ править | править код ]

Инфразвук генерируется земной корой при землетрясениях, ударах молний, при сильном ветре (инфразвуковой аэродинамический шум) во время бурь и ураганов (в последнем случае регистрация инфразвука, в том числе нарастание инфразвукового фона, — верный признак приближения шторма. В частности прибрежные сухопутные и морские животные уходят в глубь суши и воды соответственно, заслышав нарастающий инфразвуковой шум и следовательно ожидая приближение шторма) [9] .

При помощи инфразвука общаются между собой киты и слоны. Инфразвук был зарегистрирован и при взрыве Челябинского метеорита в 2013 г. инфразвуковыми станциями систем обнаружения ядерных взрывов по всей Земле [10] .

Техногенный инфразвук генерируется разнообразным оборудованием при колебаниях поверхностей больших размеров, мощными турбулентными потоками жидкостей и газов, при ударном возбуждении конструкций, вращательном и возвратно-поступательном движении больших масс. Основными техногенными источниками инфразвука являются тяжёлые станки, ветрогенераторы, вентиляторы, электродуговые печи, поршневые компрессоры, турбины, виброплощадки, сабвуферы, водосливные плотины, реактивные двигатели, судовые двигатели. Кроме того, инфразвук возникает при наземных, подводных и подземных взрывах.

Распространение инфразвука [ править | править код ]

Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах, вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень большие расстояния, и инфразвук может служить предвестником бурь, ураганов, цунами. Это явление находит практическое применение при определении места сильных взрывов или положения стреляющего орудия. (Последнее может быть использовано в контрбатарейной борьбе.) Звуки взрывов, содержащие большое количество инфразвуковых частот, применяются для исследования верхних слоёв атмосферы, свойств водной среды, геодезического зондирования земной коры с дневной поверхности.

Физиологическое действие инфразвука [ править | править код ]

Физиологическое действие инфразвука на живые существа (в том числе человека) зависит только от его спектральных, временных и мощностных характеристик и не зависит от того, на открытом пространстве или в помещении находится живой объект воздействия.
Патогенное действие инфразвука заключается в повреждении нервной системы (в частности головного мозга), органов эндокринной системы и внутренних органов вследствие развития тканевой гипоксии из-за ликвор-гемодинамических и микроциркуляторных нарушений.
При 180—190 дБ действие инфразвука смертельно вследствие разрыва лёгочных альвеол. Другие зоны интенсивных кратковременных воздействий вызывают синдром резко выраженного инфразвукового дискомфорта, предел переносимости которого наблюдается при 154 дБ. Исследования показали, что низкочастотные акустические колебания, в том числе и инфразвуковые, продолжительностью от 25 с до 2 мин с удельным звуковым давлением от 145 до 150 дБ в диапазоне частот от 1 до 100 Гц, вызывали у испытуемых ощущение вибрации грудной стенки, сухость в полости рта, нарушение зрения, головные боли, головокружение, тошноту, кашель, удушье [11] , беспокойство в области подреберий, звон в ушах, модуляцию звуков речи, боли при глотании и некоторые другие признаки нарушений в деятельности организма [12] .

Обнаружение и регистрация инфразвука [ править | править код ]

Обнаружение и регистрация инфразвука представляют определённые трудности в силу того, что из-за низкой частоты колебаний волны имеют многометровую длину и, представляя собой упругие механические колебания среды распространения, легко смешиваются с механическими колебаниями не инфразвуковой природы. Таким образом датчики инфразвука требуют защиты от наводимых ветром помех и других возмущений от близкорасположенных объектов. При этом сам инфразвук может быть зафиксирован за многие километры от его источника.

Для обнаружения инфразвука могут быть использованы устройства, основанные на принципе резонансного вибратора (струны, рупоры, трубы). Недостатком таких устройств является узкий диапазон обнаруживаемых ими частот, совпадающих с их собственной резонансной частотой, и огромные многометровые размеры, которые должны равняться или быть кратными длинам обнаруживаемых волн. Преимуществом является высокая чувствительность и КПД.

На практике для обнаружения инфразвуковых волн используют в основном компактные датчики, преобразующие акустические колебания в электрические сигналы с их дальнейшим усилением и обработкой средствами электроники [13] [8] [14] :

• низкочастотные конденсаторные микрофоны свободного поля (для высокочастотного инфразвука от 0,5 Гц и выше, к примеру 40AZ — ½”, BSWA MP-201 и др.). Так как ЭДС микрофонов связана не с амплитудой движения их чувствительной мембраны, а с ускорением её движения, то при низкочастотном инфразвуке (одно колебание за несколько секунд) ЭДС в капсюлях микрофонов практически отсутствует, из-за чего низкочастотный инфразвук невозможно регистрировать микрофонами физически;
• микробарометры (для низкочастотного инфразвука). Так как инфразвук является упругими колебаниями среды распространения, представляющими собой чередующиеся зоны сжатия-разрежения, то периодическое изменение давления (с периодичностью 1 колебание в секунды и минуты) по фронту его распространения возможно зафиксировать микробарометрами. Высокочастотный же инфразвук микробарометрами невозможно фиксировать из-за их реактивности (не успевают реагировать на столь быстрые незначительные изменения давления).

Компактные датчики инфразвука применяются в инфразвуковых станциях обнаружения и мониторинга за ядерными взрывами, в системах раннего оповещения о природных катаклизмах (бури, цунами), в шумомерах-анализаторах.

Мифы об инфразвуке [ править | править код ]

В ряде кино- и телефильмов активно эксплуатируется тема инфразвукового оружия, которое физически вполне возможно, однако при его описании сценаристы попадают впросак, поскольку слабо или вообще не знакомы с физикой излучения и приёма волн, в т. ч. акустических. Например, в эпизоде «Крысобой» телесериала «След» фигурирует носимый преступником автономный компактный направленный (т. е. безопасный для оператора) излучатель инфразвуковых волн, встроенный в корпус компьютера-планшета, из-за которого гибнут несколько человек.

Однако такое устройство нереализуемо вследствие физических причин: [ источник не указан 884 дня ] для частоты 7 Гц длина инфразвуковой волны составляет около 47 м. Величину не менее порядка этого значения должен иметь линейный размер акустического излучателя для хорошей её генерации [15] . Причём если предположить, что каким-либо образом излучатель инфразвука размером с носимый в руках планшет (линейным размером 25-30 см, много меньшим длины волны в 47 м) способен генерировать волну с интенсивностью, достаточной для летального воздействия на организм человека (например за счёт направляемой в него большой мощности), то исходя из фундаментальных свойств излучения волн его действие будет всенаправленным [16] , и первой жертвой станет сам оператор такого устройства [ источник не указан 884 дня ] . Кроме того, на настоящем этапе развития техники обеспечение генерирования инфразвуковых волн с достаточной для летального действия энергией является серьёзной технической проблемой [ источник не указан 884 дня ] . В качестве реализуемого на сегодняшний день источника такого акустического излучения [ источник не указан 884 дня ] предполагается использование мощных авиационных реактивных двигателей с резонаторами [17] , что снова исключает возможность переноса и использования такого устройства одним человеком [ источник не указан 884 дня ] .

МБОУ Гимназия №46

Тема:

«Влияние инфразвука и ультразвука на слух человека»

Выполнила: ученица 11 Г класса

Степанова Мария

Учитель: Желобанова В.М

Чебоксары 2015

Содержание

2.Виды и интенсивности звука…………………………………………..…..3

3.1. Применение инфразвука……………………………………………………….…..….5

4.1. Применение ультразвука……………………………………………………………..6

5.Влияние инфразвука и ультразвука на слух человека………………. 7

5.2 .Влияние ультразвука……………………………………………………………….….9

6. Защита от инфразвука и ультразвука………………………………………. 9

Введение

Слух имеет огромное значение для обучения речи, развития интеллекта и психики, особенно в детском возрасте. Слух играет ключевую роль в общении между людьми. Орган слуха образован тремя отделами: наружным — ушная раковина и наружный слуховой проход, средним — три последовательно соединенные слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко, и внутренним ухом — костный и лежащий в нем перепончатый лабиринт (улитка). Среднее ухо сообщается с носоглоткой через слуховую (евстахиеву) трубу.

Сильный продолжительный и особенно постоянный шум — скрытый и опасный враг человека и других живых существ. Значительный и продолжительный шум ограничивает продолжительность труда, приводит к преждевременному расстройству и разрушению слухового аппарата, к притуплению слуха или полной его потере со временем
развитию сердечно-сосудистых заболеваний (гипертонии, аритмии), поражению нервной системы, язвенной болезни и другим расстройствам. Наиболее распространённые симптомы шумового влияния — раздражительность, рассеянность и, как следствие, невроз. Шум обостряет хронические заболевания. Любопытно, что во время сна шум оказывает более негативное воздействие, чем в часы бодрствования.

Виды и интенсивность звука

Минимальная интенсивность звука, воспринимаемая ухом, называется порогом слышимости. Порог слышимости различен для звуковых колебаний разных частот. Органы слуха человека наиболее чувствительны к частоте 1000–3000 Гц. Верхнюю границу интенсивности звука, которую человек ещё способен воспринимать, называют порогом болевого ощущения. Шум 0 дБ создаёт зимний лес в безветренную погоду. Шум 1 дБ еле уловим при исключительно остром слухе. Шум от нормального дыхания оценивается как 10 дБ, и такой уровень принимают за порог слышимости людей с нормальным слухом. Шёпот создаёт шум 20 дБ. Отдых и сон считают полноценным, когда шум не превышает 25–30 дБ, в учреждениях и на предприятиях шум достигает 40–60 дБ. На шумных предприятиях шум достигает 70 дБ. Кратковременно допустим шум 80 дБ. Более сильный шум вреден, болевой порог лежит обычно в пределах 120–130 дБ, за которым возможно повреждение слухового аппарата. Согласно санитарным нормам, уровень шума около зданий днём не должен превышать 55 дБ, а ночью (с 23 до 7 ч) 45 дБ, в квартирах соответственно 40 и 30 дБ. В диапазоне слышимых человеком звуков (от 16 до 20 000 Гц) самое неблагоприятное воздействие на человека оказывает шум, в спектре которого преобладают высокие частоты (выше 800 Гц). Ультразвук (выше 20 кГц) и инфразвук (ниже 16–25 Гц) не воспринимаются человеческим ухом, но они также могут оказывать негативное влияние. По данным австрийских исследователей, шум в больших городах сокращает продолжительность жизни их жителей на 10–12 лет. Поставлены опыты, которые доказывают, что повышенный шум неблагоприятно влияет и на развитие растений. Уровни шумов от различных источников и реакция организма на акустические воздействия приведены в таблице.

Для человека практически безвреден шум 20–30 дБ, допустимая граница – 80 дБ, 130 дБ вызывают болевые ощущения, 150 дБ уже непереносимы.

Транспортные средства создают шум, дБ

Легковой автомобиль. 65–80

Грузовой автомобиль. 80–90

Моторная лодка. 90–95

Поезд метро. 90–95

Обычный поезд. 95–100

Самолёт на взлёте. 110–130

Крупный реактивный самолёт. 155–160

В настоящее время в ряде стран установлены предельно допустимые уровни шума для предприятий, отдельных машин, транспортных средств. Например, к эксплуатации на международных линиях допускаются самолёты, создающие шум не выше 112 дБ днём и 102 дБ ночью. Начиная с моделей 1985 г. максимально допустимые уровни шума: для легковых автомобилей 80 дБ, для автобусов и грузовых автомобилей в зависимости от массы и вместимости соответственно 81–85 дБ и 81–88 дБ.

Инфразвук

Инфразвук (от латинского infra — ниже, под) — упругие волны, аналогичные звуковым, но с частотами ниже области слышимых человеком частот. Обычно за верхнюю границу инфразвуковой области принимают частоты 16—25Гц. Нижняя граница инфразвукового диапазона неопределенна. Практический интерес могут представлять колебания от десятых и даже сотых долей Гц., т. е. с периодами в десяток секунд. Обычно слух человека воспринимает колебания в пределах 16-20000 Гц (колебаний в секунду). Для инфразвука характерно малое поглощение в различных средах, вследствие чего инфразвуковые волны в воздухе, воде и в земной коре могут распространяться на очень далёкие расстояния.

3.1 Применение инфразвука

Инфразвук в метрологии. При обтекании волнистой поверхности моря потоками воздуха возникают инфразвуковые волны с частотой около 6 Гц. Они распространяются в воде со скоростью 1500 м/с. При помощи специальных измерительных устройств шторм может быть обнаружен задолго до того, как он достигнет побережья. С помощью инфразвука было определено существование масс теплого воздуха в стратосфере. Для этого пучок инфразвуковых волн, излучаемых генератором, был направлен в верхние слои атмосферы. Теплый воздух имеет плотность, отличную от холодного. Инфразвуковые волны, отраженные от теплых слоев воздуха, были зафиксированы приемником. Зная время прохождения прямой и отраженной волны, определили высоту границы раздела воздушных сред с разной плотностью. Она оказалась расположенной на высоте 30-50 км.

Инфразвук в диагностике механизмов. При работе механизмов зазоры между сопряженными деталями со временем изменяются. Если величина их превысит допустимое значение, то возникают дополнительные вибрации с инфразвуковой частотой, которые свидетельствуют о неисправности данного соединения или о выходе eгo из строя. Используя специальные инфразвуковые приборы, можно заранее определить степень износа деталей машин и тем самым предупредить их разрушение до появления слышимых стуков. Исследуя вибрации, протекающие с инфразвуковой частотой во время испытания новых машин и сооружении, можно заранее принять меры для их устранения в серийном или массовом производстве.

Инфразвук в навигации. При движении судов в море от шума двигателя и гребного винта в воде также возникают инфразвуковые волны, которые распространяются во все стороны с большой скоростью. Используя излучаемые инфразвуки, можно предупредить столкновение судов в море во время сильного тумана, ночью и в ненастье.

Инфразвук в медицине. Услышать инфразвук нельзя, но вот увидеть можно. Советскими учеными разработана специальная аппаратура, позволяющая записывать инфразвуки на ленту магнитофона и наблюдать их на экране осциллографа.

С помощью такой аппаратуры врачи увидели голос сердца. Врач, когда выслушивает сердце больного, слышит только сопровождающие шумы, а не основную пульсовую волну, протекающую с инфразвуковой частотой, равной примерно 1,2 Гц. Пульс больного, записанный на магнитофон, превращается на экране осциллографа в причудливую кривую. По форме этой кривой можно судить о состоянии здоровья, можно поставить точный диагноз сердечного заболевания. Сравнение записанных на магнитную ленту кривых пульсовой волны до и после лечения позволит судить об эффективности лекарственных средств. Инфразвуковая аппаратура может записать на пленку и работу легких, протекающую с основной частотой в 0,25-0,30 Гц. Во время сложных хирургических операций эта аппаратура позволяет вести одновременное наблюдение за работой сердца, пульсом, дыханием и давлением крови у больного, чего обычными способами добиться очень трудно.

Инфразвук в геологии. Мощными источниками инфразвуковых колебаний являются извержения вулканов и землетрясения. В результате расшифровки записей сейсмограмм можно судить о строении земной коры на больших глубинах, а также определять эпицентры землетрясений. Искусственно создаваемый инфразвук успешно применяется при сейсмической разведке полезных ископаемых. Для этой цели на поверхности земли производится взрыв, который является источником инфразвуковых волн. Эти волны, распространяясь в глубь земной коры, отражаются от границы сред с различной плотностью (например, от угольного пласта) и возвращаются на поверхность, где они воспринимаются и регистрируются приемным устройством. Этот способ широко применяется в геологии. Области применения инфразвуковых волн далеко не исчерпываются приведенными примерами. Инфразвук можно использовать даже для регистрации различных процессов, происходящих при полете ракет, управляемых по радио, или искусственных спутников Земли и т.д.

Ультразвук

Ультразвук — это звуковые волны высокой частоты, которые могут распространяться в жидких, твердых и газообразных средах за счет действия упругих сил. Частота ультразвука 15 кГц – 1 ГГц (от 15 000 Гц до 1 000 000 000 Гц). В природе его используют летучие мыши, птицы, бабочки, дельфины и другие животные для ориентации в пространстве и в общении с сородичами. Человечество достаточно давно изучает ультразвуковые колебания и применяет их в современной технике, медицине, промышленности и быту.

Применение ультразвука.

Ультразвук за последние годы нашел широкое применение в народном хозяйстве, биологии и медицине. В США, например, в настоящее время насчитываются миллионы ультразвуковых установок.

В промышленности применяются ультразвуки, частота которых в миллиарды раз превышает интенсивность окружающих нас слышимых звуков. Ультразвуки могут быть фокусированы и создают при этом очень высокое местное давление. Ультразвуком можно дробить вещество и ускорять химические реакции. Ультразвук способен вводить в коллоиды воду. При помощи ультразвука значительно ускоряются процессы дубления кожи, крашения, отбелки и мытья тканей, получения синтетического волокна, заменителей кожи и пластмасс. Ультразвук применяется для дефектоскопии, позволяющей определять внутренние дефекты в деталях, для очистки котлов от накипи, подводных поверхностей кораблей, для лужения алюминием, серебрения и т. д. Ультразвук нашел применение в доменном производстве, на водном транспорте, в рыболовном деле и геологии.

Ультразвук используется в медицине для диагностических целей (выявление инородных тел), в акушерстве, в стоматологии (бормашины), для изготовления эмульсий лекарственных веществ и т. д.

В настоящее время ультразвук малой интенсивности широко используется для терапевтических целей. Ультразвук оказывает сложное и выраженное биологическое действие, сущность которого еще недостаточно выяснена. Это действие, по-видимому, в основном зависит от создаваемых в тканях огромных местных давлений и от местного теплового эффекта, связанного с поглощением энергии при глушении вибрации. Жидкие среды и газы поглощают ультразвук, а твердые тела хорошо его проводят. Кости также являются хорошими проводниками ультразвука.

Ультразвук и инфразвук в природе и технике

Конспект по физике для 9 класса «Ультразвук и инфразвук в природе и технике». ВЫ УЗНАЕТЕ: Где в природе встречаются ультразвуки и инфразвуки. Где используется ультразвук и инфразвук.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

---

Ультразвук и инфразвук в природе и технике.

Ультразвук и инфразвук играют существенную роль в живой природе и технике, а также оказывают влияние на человеческий организм.

ИНФРАЗВУК В ПРИРОДЕ

Инфразвуки имеют большое значение в природе. Например, рыбы и другие морские животные заранее чувствуют приближение шторма или циклона, улавливая инфразвуковые волны, создаваемые штормовыми волнениями. Это помогает им заранее уплыть в безопасное место. Инфразвук — это составляющая звуков леса, моря, атмосферы. Он возникает при землетрясениях, подводных и подземных взрывах, во время бурь и ураганов и т. д. Инфразвук способен распространяться на большие расстояния и может служить предвестником бурь, ураганов, цунами.

Если шторм разыграется за сотни километров от берега, то он придёт в эти места почти через сутки, а медузы уже слышат его и уходят на глубину. Происходит это потому, что медузы улавливают инфразвуки с частотой 8—13 Гц при помощи крошечных слуховых колбочек, расположенных на краю «колокола» медузы.

ВЛИЯНИЕ ИНФРАЗВУКА НА ЧЕЛОВЕКА

При больших амплитудах инфразвук ощущается как боль в ухе. В конце 60-х гг. XX в. французский исследователь Тавро обнаружил, что инфразвук определённых частот может вызвать у человека тревожность и беспокойство, головные боли, снижение внимания и работоспособности и даже иногда нарушение равновесия.

Возбуждающее действие рок-музыки объясняется резонансным влиянием на организм звуков низких частот.

Все механизмы, которые работают при частотах вращения менее 20 оборотов в секунду, излучают инфразвук. В машиностроительной отрасли инфразвук возникает при работе вентиляторов, компрессоров, двигателей внутреннего сгорания, дизельных двигателей. Поэтому очень важно соблюдение техники безопасности.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФРАЗВУКА В ТЕХНИКЕ

Способность распространения инфразвуковых волн в воздухе, воде и земной коре на очень далёкие расстояния нашла практическое применение при определении мест сильных взрывов или положения стреляющего орудия, а также для предсказания стихийного бедствия — цунами.

УЛЬТРАЗВУК В ПРИРОДЕ

Ультразвуки могут издавать и воспринимать такие животные, как дельфины, муравьи, летучие мыши и др. Во время полёта летучие мыши издают ультразвуковые сигналы. Именно это помогает им легко ориентироваться в темноте, не натыкаться на окружающие предметы и даже ловить добычу. Летучие мыши определяют своё местоположение и расстояние до окружающих предметов по запаздыванию отражённого звукового сигнала. Они также могут ловить насекомых, воспринимая эхо от добычи.

Дельфины также имеют свою систему ультразвуковых сигналов: эхолокационные (сонарные) служат для обследования обстановки и «свист» для коммуникации с сородичами. Дельфинов используют в пет-терапии для лечения людей при помощи ультразвукового сонара.

Муравьи также издают ультразвуковые сигналы с различными частотами в разных ситуациях. Все муравьиные звуковые сигналы можно разделить на три группы: «сигнал бедствия», «сигнал агрессии» и «пищевой сигнал». Муравьи издают и воспринимают звуки в широком диапазоне частот.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УЛЬТРАЗВУКА

Хотя о существовании ультразвука учёным было известно давно, практическое использование его в науке, технике и промышленности началось сравнительно недавно.

Из-за большой частоты ультразвук обладает особыми свойствами, которые нашли широкое применение в медицине как для диагностики, так и для лечения. Учёные считают, что он не вреден для человеческого организма, но, как и во многом другом, здесь важно знать меру. Медики считают безопасной громкость ультразвука в 80—90 Дб. Громкость ультразвука свыше 120 Дб при длительном воздействии отрицательно влияет на здоровье человека.

Впервые идея практического использования ультразвука возникла в первой половине XX в. в связи с разработкой методов и приборов для обнаружения в глубине моря различных объектов: подводных лодок, рифов, подводных частей айсбергов и т. д. Это было вызвано прежде всего начавшимся участием подводных лодок в военных операциях во время Первой мировой войны.

ЭХОЛОКАЦИЯ

Способ определения местоположения тел по отражённым от них ультразвуковым сигналам называют эхолокацией (от лат. localis — местный, т. е. определение места с помощью эха). Эхолокация широко используется в мореплавании. На судах устанавливают эхолоты и гидролокаторы — приборы для распознавания подводных объектов и определения глубины и рельефа дна. Для этой цели на дне судна помещают излучатель и приёмник звука. Излучатель даёт короткие сигналы. Анализируя время задержки и направление возвращающихся сигналов, компьютер определяет положение и размер объекта, отразившего звук.

УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДЕФЕКТОСКОПИЯ

Для обнаружения и определения различных повреждений в деталях машин используется прибор, называемый ультразвуковым дефектоскопом (от лат. defectus — изъян, недостаток и греч. skopio — смотрю). Он помогает обнаружить пустоты, трещины и т. п. На исследуемую деталь направляют ультразвуковые сигналы, которые отражаются от находящихся внутри её неоднородностей и, возвращаясь, попадают в приёмник. В тех местах, где дефектов нет, сигналы проходят сквозь деталь без существенного отражения и не регистрируются приёмником.

УЛЬТРАЗВУК В МЕДИЦИНЕ

Ультразвук широко используется в медицине для постановки диагноза и лечения некоторых заболеваний. В отличие от рентгеновских лучей его волны не оказывают вредного влияния на организм.

Диагностические ультразвуковые исследования (УЗИ) позволяют распознавать различные изменения органов и тканей. Специальное устройство направляет ультразвуковые волны с частотой от 0,5 до 15 МГц на определённую часть тела, они отражаются от исследуемого органа, и компьютер выводит на экран его изображение.

 

---

Вы смотрели Конспект по физике для 9 класса «Ультразвук и инфразвук в природе и технике».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Производственный инфразвук — Арамильский городской округ

Инфразвук — звуковые волны, имеющие частоту ниже воспринимаемой человеческим ухом.

Техногенные источники инфразвука (на производстве):

Техногенный инфразвук порождается различным оборудованием при колебаниях поверхностей больших размеров, мощными турбулентными потоками жидкостей и газов, при ударном возбуждении конструкций, вращательном и возвратно-поступательном движении больших масс. Основными техногенными источниками инфразвука являются тяжёлые станки, ветряные электростанции, вентиляторы, электродуговые печи, поршневые компрессоры, турбины, виброплощадки, водосливные плотины, реактивные двигатели, судовые двигатели. Кроме того, инфразвук возникает при наземных, подводных и подземных взрывах.

Физиологическое действие инфразвука:

Физиологическое действие инфразвука на человека зависит только от его спектральных, временных и мощностных характеристик и не зависит от того, на открытом пространстве или в помещении находится человек.
Патогенное действие инфразвука заключается в повреждении нервных образований головного мозга, органов эндокринной системы и внутренних органов вследствие развития тканевой гипоксии из-за ликворогемодинамических и микроциркуляторных нарушений.
При 180-190 дБ действие инфразвука смертельно вследствие разрыва лёгочных альвеол. Другие зоны интенсивных кратковременных воздействий вызывают синдром резко выраженного инфразвукового дискомфорта, предел переносимости которого наблюдается при 154 дБ.

Гигиеническое нормирование инфразвука:

• Для определения допустимого уровня инфразвука на рабочих местах, в жилых помещениях, общественных зданиях и территории жилой застройки используется СанПиН 2.2.4.3359-16 «Санитарно-эпидемиологические требования к физическим факторам на рабочих местах»,
• СН 2.2.4/2.1.8.583-96 «Инфразвук на рабочих местах, в жилых и общественных помещениях и на территории жилой застройки».

Меры борьбы:

• Изоляция объектов, являющихся источниками инфразвука, выделение их в отдельные помещения.
• Использование кабин наблюдения с дистанционным управлением технологическим процессом.
• Своевременное прохождение периодических медицинских осмотров работающих
• Использование средств защиты органы слуха и головы от инфразвука — противошумов, наушников, гермошлемов.
• Применение рационального режима труда и отдыха — введение 20-минутных перерывов через каждые 2 часа работы при воздействии инфразвука с уровнями, превышающими нормативные.

Научная инфраструктура | Шумомер «Октава Экофизика-110А»

Назначение и применение

Прибор предназначен для полевых и лабораторных профессиональных измерений звука, инфразвука, ультразвука, общей и локальной вибрации, вибрации зданий и машин, а также для частотного анализа сигналов, поступающих от различных первичных преобразователей (микрофонов, вибродатчиков, датчиков пульсаций давлений, измерительных антенн и т.п.).

Основные функции

ОКТАВА-110А может одновременно измерять большое количество параметров (принцип одновременности измерений). Для различных задач в приборе предусмотрено несколько независимых друг от друга измерительных программных модулей (режимов измерения). Каждый модуль оптимизирован для измерения определенного физического фактора:  «Звук»,  «Инфразвук», «Ультразвук», «Общая вибрация», «Локальная вибрация»,  «Е-meter/H-meter».

Технические характеристики 

Количество каналов измерения	1
Удовлетворяемые стандарты	класс 1 по ГОСТ 17187-81, МЭК 61672-1(2002), ГОСТ 12.4.012-83, ИСО 8041:2005
Диапазоны измерений уровней звука (с микрофоном 50 мВ/Па)	22 – 139 дБА, 22 – 139 дБС, 25 – 139 дБZ
Диапазоны измерения уровня виброускорения (дБ относительно 10-6 мс-2), для частотных коррекций	Fk: 53 – 180, Fm: 52 – 180, Wb: 47 – 180; Wc: 53 – 180; Wd: 52 – 180; We: 51 – 180; Wj: 50 – 180; Wk: 49 – 180; Wm: 50 – 180
Частотные коррекции в режиме шумомера	A, C, Z
Частотные коррекции в режиме измерения инфразвука	A, Z, G, FI
Частотные коррекции в режиме измерения общей вибрации	Wb, Wc, Wd, We, Wj, Wk, Fk, Fm
Частотные коррекции в режиме измерения локальной вибрации	Wh, Fh
Частотный анализ	октавные и третьоктавные фильтры класса 1 по МЭК 61260
Диапазоны фильтров реального времени в режиме «Звук»	октавные 31.5 Гц – 16 кГц; 1/3-октавные 25 Гц –20 кГц
Диапазоны фильтров реального времени в режиме «Общая вибрация»	октавные  1 Гц –125 Гц;  1/3-октавные 0.8 Гц – 160 Гц
Диапазоны фильтров реального времени в режиме «Локальная вибрация»	октавные 8 Гц – 1000 Гц; 1/3-октавные 6.3 Гц – 1250 Гц
Диапазоны фильтров реального времени в режиме «Инфразвук»	октавные 2 Гц – 250 Гц; 1/3-октавные 1.6 Гц – 315Гц
Диапазоны фильтров реального времени в режиме «Ультразвук»	1/3-октавные 5 кГц – 40 кГц
Диапазон рабочих температур	от +5°С до +40°С
Диапазон рабочей относительной влажности	до 90% при +40°С
Диапазон рабочих атмосферных давлений	от 86 кПа до 108 кПа
Питание	от комплекта аккумуляторов (4 шт. АА)
Габаритные размеры	234 × 86 × 36 мм (без предусилителя) 354 × 86 × 36 мм (с предусилителем)
Масса	605 г

Многие животные используют инфразвук для связи на огромных расстояниях • Earth.com

Людям легко игнорировать спектры цветов, которые мы не можем видеть, но которые определяют мир креветки-богомола или бабочки. Мы также склонны думать, что дальтоники упускают что-то жизненно важное в этом мире. То же самое верно и для звуков — целые диапазоны шумов находятся за пределами слышимости среднего человека, но мы продолжаем вести себя так, как будто этих шумов просто не существует. Другие животные наделены другим слуховым аппаратом, поэтому другие существа не только иначе видят мир, но и слышат его иначе.

Самый очевидный пример, который может прийти на ум, — бесшумный собачий свисток, но еще интереснее посмотреть на низкочастотные звуки, которые животные используют для общения.

Разные звуки могут служить разным целям. Высокочастотный ультразвук, используемый летучими мышами в эхолокации, идеально подходит для навигации в ночное время, потому что эти шумы легко отражаются обратно к летучим мышам объектами в окружающей среде. Среднечастотные шумы, которые использует большинство животных, идеально подходят для относительно близкого общения по воздуху.Однако общение на больших расстояниях — это нечто иное.

Низкочастотные шумы, ниже частоты, которую обычно может уловить человеческое ухо, используются слонами для общения на больших расстояниях. Инфразвуковые частоты хороши для связи на большие расстояния, потому что они хорошо проходят сквозь объекты, а не отражаются. Поскольку они хорошо проходят сквозь такие предметы, как головы, также трудно сказать, в каком направлении исходит инфразвук.

Мы используем разницу во времени, когда звук достигает одного уха по сравнению с другим, как один из способов определить, откуда исходит звук.Поскольку инфразвук проходит через кости и ткани нашей головы, звук достигает обоих ушей почти одновременно. По этой причине инфразвук хорош для связи на большие расстояния, но не для определения местоположения отдельных животных. Это также частично объясняет, почему мы не слышим инфразвук, но иногда можем его чувствовать.

Мы не знаем, о чем слоны общаются с помощью инфразвука. Согласно проекту Elephant Listening от Cornel Lab, мы знаем, что африканские слоны могут общаться на очень больших расстояниях.Воспроизводимые записанные звуки слонов реагировали на слоны в саванне на расстоянии до 2 км. Поскольку трудно воспроизвести звуки так же громко, как слоны издают их сами, считается, что слоны могут слышать друг друга на расстоянии до 4 км, а это означает, что слоны могут слышать друг друга в пределах 50 квадратных километров.

Расстояния, на которых слоны могут слышать друг друга, кажутся намного короче в тропических лесах, но это, по-видимому, в основном из-за фонового шума. Когда в лесу тишина, кажется, что инфразвук все еще слышен за 3 км.Возможно, слоны даже лучше, чем мы думаем, различают собственный инфразвук и фоновый шум, что позволяет им общаться на больших расстояниях в лесу.

Отчет, опубликованный в Animals , также предполагает, что слоны могут слышать приближающиеся грозы на расстоянии более 100 км и теоретически могут пробираться к ним. Это было бы важным навыком в конце засушливого сезона в большей части Африки к югу от Сахары, где вода является важным ограничивающим ресурсом.Согласно PBS , есть также неофициальные свидетельства того, что слоны в Таиланде могли обнаружить приближающееся цунами.

Другие животные продемонстрировали способность обнаруживать приближение бури по инфразвуку. Различные исследования, о которых сообщает KQED Science , показывают, что птицы могут обнаруживать приближающиеся штормы. Некоторые птицы, по-видимому, даже используют звук приближающейся бури за сотни миль в качестве сигнала, чтобы покинуть территорию и начать миграцию. Другие птицы используют инфразвук для общения.

Исследование, опубликованное в Auk , показало, что казуары — крупные нелетающие птицы, живущие в густых тропических лесах Папуа-Новой Гвинеи и северной Австралии — не только слышат инфразвук, но и могут его издавать. Инфразвук кажется идеальным способом для птиц общаться на больших расстояниях в густых лесах и пересеченной местности. Возможно, это общение на расстоянии используется для предупреждения других казуаров или для привлечения партнеров. Похоже, крокодилы применяют аналогичную стратегию.

Многие крокодилы исполняют так называемый «водный танец», создавая инфразвук, который заставляет мелководье у них за спиной «танцевать» в интересных узорах. Эти звуки используются самцами вместе с ворчанием или ревом и ударами головой о воду, чтобы привлечь самок. Комбинация ударов головой, рева и инфразвука варьируется в зависимости от среды, в которой эволюционировала популяция крокодилов. Шлепки головой помогают другим животным определить, откуда исходит звук.

Инфразвук более полезен для передачи звука на большие расстояния. Так что в больших озерах очень полезны и инфразвук, и шлепки по голове. В небольших прудах шлепки головой менее полезны. Владимир Динец, ученый, открывший изменчивость «песен» крокодилов в зависимости от окружающей среды, описывает авантюрное исследование в своей книге « Песни дракона ».

New Scientist сообщает, что тигры также используют инфразвук для привлечения партнеров и предупреждения других тигров.Усатые киты и финвалы используют инфразвук. Исследование, опубликованное в журнале Журнала акустического общества Америки , предполагает, что киты используют инфразвук для связи на большие расстояния, как и многие другие животные.

В конце концов, инфразвук все еще остается относительно новой областью изучения поведения животных. Чем больше мы смотрим, тем больше находим, но все еще остается много вопросов без ответа, например, почему или как эта способность впервые развилась. На данный момент мы должны быть рады узнать, что мир звуков, голосов намного шире, чем может уловить наше человеческое ухо.Животные по всему миру разговаривают, а мы их даже не слышим.

—

Автор Зак Фитцнер , Earth.com Соавтор  

Изображение предоставлено: Shutterstock/Kletr

Глубоко в инфразвук – проект «Слушание слона»

Трехмерная модель звуков, издаваемых лесными слонами, возбужденными во время спаривания, на лесной поляне Дзанга, Центральноафриканская Республика.Самые низкие частоты находятся слева. Высота пиков указывает, сколько энергии находится на этой частоте.

Инфразвук — звук ниже диапазона человеческого слуха. Частота звука измеряется в герцах (Гц = количество циклов в секунду), а инфразвуковой диапазон включает все звуки ниже 20 Гц. Хотите проверить свой слух? Ниже приведены три чистых тона, сгенерированные компьютером. Большинство из вас услышит тон 30 Гц, но чтобы услышать 20 Гц, на пределе человеческого слуха, вам могут понадобиться наушники!

Краткие факты

• Все взрослые слоны могут издавать инфразвуковые сигналы.
• Гул слона обычно имеет много гармоник — кратных основной частоте — и люди могут слышать их, если зов громкий.
• К другим животным, издающим инфразвуковые сигналы, относятся киты, носороги, жирафы и аллигаторы.
• Инфразвук также создается извержениями вулканов, землетрясениями, лавинами и откалыванием айсбергов.
• Деятельность человека, производящая инфразвук, включает опоры больших кораблей, звуковые удары и ветряные турбины.
• Инфразвуковые вызовы могут передаваться на большие расстояния — даже через Атлантический океан из Южной Америки в Африку в случае с синим китом!

Как мы узнали, что слоны используют инфразвук?

Когда слоны слушают, они склонны широко расставлять уши и держать их неподвижно.Но когда они урчат, они часто машут ушами, давая нам понять, что кто-то говорит, даже если мы их не слышим.

Обнаружение инфразвуковой связи между слонами произошло благодаря догадке Кэти Пейн, которая посетила зоопарк Вашингтонского парка в Портленде, штат Орегон. Наблюдая за азиатскими слонами, Кэти почувствовала гудящую вибрацию в воздухе и предположила, что скорее чувствует, чем слышит общение слонов.

Дальнейшая работа в зоопарке с Уильямом Лангбауэром-младшим.а Элизабет Томас показала, что слоны действительно издавали инфразвуковые крики (1). Позже это было подтверждено экспериментами по воспроизведению диких африканских слонов в сотрудничестве с Расселом Чарифом, Лизой Рапапорт и Феррелом Осборном (2). Был сделан вывод, что слоны используют свои мощные глубокие крики при общении на расстоянии, чтобы координировать групповые движения и находить особей в репродуктивном состоянии. Увлекательные наблюдения Майкла Гарстанга и его коллег за слонами в чрезвычайно засушливом регионе Намибии позволяют предположить, что они могут использовать инфразвук, создаваемый отдаленными грозами, для поиска воды в периоды засухи (3).

Лесные слоны и инфразвук

Эксперименты по воспроизведению в саваннах Восточной Африки показали, что саванные слоны реагируют на вокализацию друг друга на расстоянии 2 км, и, поскольку сложно воспроизвести крики слонов так громко, как могут кричать сами слоны, Лангбауэр, Пейн и их коллеги оценили реальную дальность обнаружения 4 км (2). Это означает, что грохот слона может достичь членов семьи в любом месте в районе 50 квадратных километров вокруг звонящего!

Время, частота и сила (громкость или амплитуда) вокализации слона также оказываются важными.Распространение звука очень низкой частоты может варьироваться в зависимости от атмосферных условий, скорости и направления ветра, а также характеристик земли, на которой стоят слоны. Кроме того, на обнаружение вызовов получателем влияют фоновые звуки окружающей среды. В типичный вечер засушливого сезона в саванне образуется температурная инверсия, которая, по сути, действует как потолок и отражает звуковые волны обратно к земле (и приемнику), потенциально увеличивая зону прослушивания слонов в десять раз — с 30 кв. .км. в полдень до 300 кв. км. в тот же вечер (4). В свете этого факта интересно, что саванные слоны издают большую часть своих громких низкочастотных криков в часы наилучшего распространения звука (4). Мы не знаем, является ли это врожденной или оппортунистической реакцией на колебания размера их области общения, но в любом случае ясно, что по мере того, как область сужается и расширяется, сеть потенциальных партнеров и партнеров, которых можно было бы достичь. акустически.

В лесу есть еще большие проблемы! В среде, где бродят лесные слоны, может быть не так много проблем с нарушением ветра при распространении звука, но плотность и разнообразие других акустически активных видов создают очень громкий фон.Тем не менее, как показано на рисунке ниже, низкие частоты слоновьего грохота по-прежнему проходят долгий путь через лес, даже несмотря на то, что деревья могут быть настолько густыми, что слонов невозможно увидеть.

На этом графике показано, как низкочастотные сигналы могут распространяться дальше, чем более высокочастотные вызовы, которые легче отражаются и поглощаются растительностью.

Компания ELP недавно измерила, насколько хорошо урчание лесных слонов проходит через тропические леса в Центральной Африке. Мы использовали записи акустического массива, разбросанного вокруг лесной поляны в Габоне.Массив позволил нам точно определить в пространстве, где был произведен каждый записанный звонок, и исходя из этого мы могли рассчитать расстояние, которое звонок должен был пройти до каждого из записывающих устройств. Рекордеры располагались на разных расстояниях от каждого звонка, поэтому, измеряя амплитуду зова на каждом расстоянии, мы могли оценить, сколько энергии теряется при прохождении звука через лес.

Мы оценили гораздо меньших расстояний обнаружения для среднего грохота в этой среде тропического леса по сравнению с саванной — всего около 800 метров (а не 4 километра).Но почти полностью это было связано с относительно высоким уровнем фонового шума, на фоне которого слону нужно было бы распознавать грохот. Когда лес был в наибольшей тишине, гул можно было уловить на расстоянии более 3 км. Это имеет большое значение для того, как лесные слоны координируют взаимодействие между подгруппами семьи и между потенциальными партнерами (5).

Насколько эта находка отличается от того, что было обнаружено у саванных слонов? Возможно, не так сильно отличается, как может показаться на первый взгляд.Эксперименты в саванне в основном проводились в оптимальных условиях окружающей среды при слабом ветре или его отсутствии. И в отличие от исследований в саванне, в которых использовались эксперименты с воспроизведением для поведенческого определения того, различают ли слоны сигнал, нам приходилось делать предположения о слуховой чувствительности слонов, что никогда точно не измерялось. Есть некоторые теоретические основания полагать, что животные очень хорошо извлекают акустические сигналы из фона, поэтому лесные слоны могут делать это намного лучше, чем мы предполагали.

Исследуйте связь лесных слонов

Каталожные номера:

1. Пейн, К.Б., В.Р. Лангбауэр, Э.М. Томас (1986). Инфразвуковые крики азиатского слона ( Elephas maximus ). Поведение Экол. Социобиол. 18(4):297-301
2. Langbauer, W.R., et al. (1991). Африканские слоны реагируют на отдаленное воспроизведение низкочастотных криков сородичей. Дж. Эксперт. биол. 157:35-46
3. Garstang M., et al. (2014). Реакция африканских слонов (Loxodonta africana) на сезонные изменения количества осадков.PlosOne 9(10):e108736
4. Larom, D., et al. (1997). Влияние приземных атмосферных условий на дальность и площадь, достигаемые вокализацией животных. Дж. Эксп. биол. 200: 421-431
5. Hedwig, D., M. DeBellis, P.H. Вреге (2018). Не так далеко: затухание низкочастотных вокализаций в среде тропического леса предполагает ограниченное акустическое опосредование социального взаимодействия у африканских лесных слонов. Поведение Экол. Социобиол. 72(3).

Производство Примечания: Инфразвук | Офис кино в Неваде

Звуки в нашей повседневной жизни играют важную роль в том, как мы себя чувствуем и как реагируем на ситуации, особенно если мы считаем, что поблизости есть опасность.Например, инфразвук, представляющий собой низкочастотные звуковые волны ниже 20 Гц в секунду, был обнаружен в зданиях, которые, как считается, населены привидениями, вызывая чувство нервозности, дискомфорта и ощущение присутствия в комнате другого человека.

Инфразвук не слышен, но ощущаются его вибрации. Иногда звуковые волны могут вызывать вибрацию человеческого глаза, из-за чего у людей возникает размытое зрение или они видят вещи, которых на самом деле не существует. Когда низкочастотные звуковые волны удаляются, исчезают и эффекты, заставляющие людей думать, что в комнате или здании обитают привидения.

Инфразвук действительно встречается в природе. Молнии, землетрясения, полярные сияния, болиды, цунами и другие суровые погодные явления производят инфразвук. Животные, такие как киты и слоны, используют инфразвук для общения друг с другом. Люди также могут производить инфразвук с помощью звуковых ударов, сабвуферов, преобразователей и механических двигателей.

В сверхъестественных фильмах и фильмах ужасов инфразвук может вызывать чувство паники, беспокойства и беспокойства. Аргентинский кинорежиссер Гаспар Ноэ признался, что использовал частоту баса 27 Гц (чуть выше порога в 20 Гц) в течение первых тридцати минут своего скандального фильма 2002 года Необратимость , что побудило зрителей уйти после того, как они сообщили о чувствах дезориентации и физической болезни. даже не дойдя до самой шокирующей части фильма (источник).

Американский кинорежиссер Дэвид Линч также использовал инфразвук в своем фильме 2007 года « Паранормальное явление ». Зрители фильма сообщали о сильном страхе, который, как полагали, был вызван использованием инфразвука из-за отсутствия действия на экране (источник).

Понимание того, насколько люди чувствительны к звукам и вибрациям, может действительно улучшить повествование фильма и впечатления зрителя при просмотре фильма. Композиторы музыки к фильмам и звукорежиссеры умеют находить и создавать звуки (даже если они считаются «тихими» для человеческого уха), которые могут вызвать у людей эмоциональные переживания и помочь им лучше погрузиться в историю, разыгрываемую на экране.

Если вы ищете профессионала, который поможет вам создать кинематографические звуковые эффекты и другие уникальные звуковые эффекты для вашего следующего фильма, ознакомьтесь с нашим онлайн-каталогом продукции штата Невада, чтобы найти музыкальных аранжировщиков и композиторов, музыкальных руководителей или звукорежиссеров в Неваде. Вы также можете зайти к нам в офис и получить бесплатный печатный каталог!

Если вы являетесь профессиональным и опытным музыкальным аранжировщиком/композитором, музыкальным руководителем или звукорежиссером и еще не зарегистрированы в нашем производственном каталоге штата Невада, вы можете узнать больше о том, как зарегистрироваться в NPD, здесь.

---

Дополнительные инструменты и ресурсы

Избранный бизнес

Реклама

---

Отказ от ответственности: информация, содержащаяся в этой статье, считается точной и достоверной, насколько нам известно. Все данные и информация, представленные на этом сайте, предназначены только для информационных/развлекательных целей. Если есть какие-либо неточности, вы можете отправить исправления и источники, посетив нашу контактную страницу. Nevada Film Office не делает никаких заявлений относительно точности, полноты, актуальности, пригодности или достоверности какой-либо информации на этом сайте и не несет ответственности за любые ошибки, упущения или задержки в этой информации, а также за любые убытки, травмы или ущерб, возникшие в результате его отображение или использование.Вся информация предоставляется по принципу «как есть». Мы не спонсируем и не одобряем никого в наших сообщениях и не получаем никакой компенсации в обмен на предоставление информации о конкретных веб-сайтах или ресурсах, если не указано иное, поэтому, пожалуйста, проверьте наличие ссылок, бизнес-лицензий или учетных данных, если вы считаете это необходимым.

Пассивный инфразвуковой мониторинг является активной областью исследований: Physics Today: Vol 71, No 8

Инфразвуковые датчики в штате Вашингтон зафиксировали огненный шар над западной частью России 21 июня 2018 года.Несколькими неделями ранее ученые из Оклахомы объявили, что использовали инфразвук для отслеживания и точного прогнозирования времени и размера торнадо. И во всем мире ученые, такие как Дэвид Фи из Обсерватории вулканов Аляски, часто просыпаются от предупреждений о том, что инфразвуковые сигналы указывают на извержение одного из вулканов, за которыми они следят; если пепел потенциально может мешать авиации, они передают информацию национальным метеорологическим службам.

Инфразвук, состоящий из акустических волн ниже порога частоты человеческого слуха 20 Гц, все чаще используется для изучения земной коры, атмосферы, различных видов человеческой деятельности и многого другого.(См. статью Альфреда Бедарда и Томаса Джорджа, Physics Today , март 2000 г., стр. 32, и краткое исследование Курта Шуберлы и Кена Арноулта, апрель 2011 г., стр. 74). системы предупреждения для вклада в модели погоды и изменения климата для медицинского оборудования. Генерируемый, когда большие предметы быстро вытесняют жидкость, когда газ впрыскивается в воздух или даже когда открывается дверь, инфразвук легко распространяется через атмосферу.Чем ниже частота, тем медленнее затухание и тем дальше распространяются волны. Инфразвук на частоте 0,1 Гц или ниже может распространяться вокруг планеты.

Шум как сигнал

Раздел:

ВыбратьНаверх страницыРЕФЕРАТШум как сигнал <<Предвестники изверженияАтмосферные ветрыИсследования на воздушном шареВнимательно слушайте СО ССЫЛКАМИ НА СТАТЬИ

Когда в 1883 году произошло извержение вулкана Кракатау в Индонезии, датчики давления по всему миру зафиксировали инфразвук, который несколько раз облетел земной шар. Датчики также зафиксировали Тунгусский метеор, который в 1908 году сплющил 2000 км ² Восточной Сибири.

Исследования в области инфразвука проводились в основном для нужд обороны, а именно для наблюдения за ядерными и химическими взрывами. Инвестиции в этот метод замедлились с появлением спутников в начале 1960-х годов и практически прекратились к 1980-м годам.

ОДВЗЯИ

В 1996 году Организация Объединенных Наций приняла Договор о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ), целью которого является запрещение ядерных взрывов. Для контроля за соблюдением ООН создала Международную систему мониторинга (IMS; см. статью Матиаса Ауэра и Марка Прайора, Physics Today , сентябрь 2014 г., стр. 39).IMS, управляемая базирующейся в Вене организацией CTBT, имеет станции по всему миру. Наряду с судебной сейсмологией, гидроакустикой и радионуклидным мониторингом инфразвуковые решетки используются для обнаружения, локализации и классификации ядерных взрывов. Датчики давления могут улавливать инфразвуковые сигналы издалека и эффективны в плохую погоду и ночью. На данный момент установлено 50 из 60 запланированных инфразвуковых станций МСМ; остальные находятся в работе, а другим мешают труднопроходимая местность или местная политика.

Необходимость отличать ядерные взрывы от шума — и интерес к самому шуму — возродили бездействующую область инфразвуковых исследований. Помимо мониторинга, инфразвуковая сеть МСМ открыла новое окно для наблюдения за атмосферными возмущениями. «Мы видим молнии, метеориты, вулканы, гравитационные волны…», — говорит Элизабет Блан, директор по исследованиям Французской комиссии по альтернативным источникам энергии и атомной энергии и координатор проекта «Инфраструктура исследований динамики атмосферы в Европе» (ARISE).По ее словам, инфразвуковые и сейсмические волны могут дать уникальное представление о связи между Землей, океанами и атмосферой.

Компактные микробарометры обнаруживают с микробарной или даже нанобарной точностью все, что вызывает изменение давления в атмосфере. Их цена варьируется от 1000 до 25 000 долл. И, по словам физика Питера Брауна из Университета Западного Онтарио, «они позволяют контролировать множество вещей».

Три инфразвуковых массива обычно используются для обнаружения удаленного неизвестного источника, а наличие большего количества датчиков повышает точность.Поскольку инфразвуковой мониторинг имеет глобальный охват, говорит Браун, даже над открытым океаном, где нет камер, «есть большая вероятность, что с помощью инфразвука мы сможем уловить сигналы от крупных метеоров».

Количество исследователей инфразвука увеличилось, и большинство из них пришли из сейсмологии или метеорологии. Возрождению интереса к инфразвуку способствует растущее понимание атмосферы, через которую распространяются волны. Кроме того, улучшились методы блокировки шума ветра, и произошел огромный скачок в хранении, передаче и обработке данных.

Предвестники извержения

Раздел:

ВыбратьНаверх страницыРЕЗЮМЕШум как сигналПредвестники извержения <<Атмосферные ветрыИсследования на воздушном шареВнимательно слушайте ССЫЛКИ НА СТАТЬИ

Инфразвуковые датчики были установлены возле десятков вулканов по всему миру в дополнение к сейсмическим датчикам, камерам и другим инструментам. Фи объясняет, что инфразвуковые массивы могут отслеживать динамику движения магмы и точно определять, какое из жерл вулкана является местом извержения. «Одна из целей — получить количественную информацию», — говорит он.Другая заключается в том, чтобы распознавать опасности и выпускать предупреждения.

Вулканическое отверстие можно сравнить с органной трубой, говорит вулканолог из Университета штата Бойсе Джеффри Джонсон. «Когда лавовое озеро поднимается и падает обратно, вы получаете реверберацию. У вас есть музыкальный инструмент, который меняет свою частоту и способность воспроизводить звук». В конечном счете, говорит он, «мы хотим выяснить, что происходит в жерле вулкана. Сколько вещей выходит? Какова скорость извержения газа и массы? Насколько высок шлейф? Какова геометрия кратера?

РИЧАРД САНДЕРСОН

В результате извержения вулкана Вильяррика в Чили 3 марта 2015 года образовался лавовый фонтан высотой в милю.Несколькими месяцами ранее Джонсон и его коллеги случайно разместили группу инфразвуковых мониторов поблизости — на краю кратера и в местах на расстоянии от 4 до 22 км от вулкана. После извержения исследователи прочесали данные уцелевших мониторов в поисках признаков, которые могли предвещать активность. Он говорит, что они нашли предвестник извержения: за несколько дней до извержения инфразвук показал, что лавовое озеро поднялось в канале вулкана. «Это лучший инструмент, который у нас есть для удаленного обнаружения того, что мы не видим», — говорит он.

Атмосферные ветры

Раздел:

ВыбратьНаверх страницыРЕЗЮМЕШум как сигналПредвестники изверженийАтмосферные ветры <<Исследования на воздушном шареВнимательно слушайте ССЫЛКИ НА СТАТЬИ Распространение инфразвука от удаленных, хорошо изученных источников также можно использовать для исследования атмосферы. Эффективная скорость ветра может быть получена и дает информацию о структуре и динамике атмосферы. Этот метод особенно полезен для стратосферы, мезосферы и нижней термосферы на высоте от 30 до 100 км, говорит Блан, где «сильны неопределенности и трудно получить измерения.По ее словам, взрывы вулканов и карьеров «подтверждены» для такого дистанционного зондирования атмосферы, и ученые также пытаются использовать для этой цели микробаромы — вездесущие сигналы, создаваемые разбивающимися океанскими волнами. (См., например, статью Роэля Снидера и Кеса Вапенаара, Physics Today , сентябрь 2010 г., стр. 44.) Ожидается, что они улучшат численные модели прогноза погоды, говорит Блан.

Инфразвуковые данные также способствуют пониманию изменения климата. Например, ученые могут изучить данные, накопленные за многие годы, на предмет изменений и закономерностей возникновения гроз, других суровых погодных явлений и отслаивания ледников в полярных регионах.

Исследования на воздушном шаре

Раздел:

ВыбратьНаверх страницыРЕЗЮМЕШум как сигналПредвестники изверженияАтмосферные ветрыИсследования на воздушном шаре <<Внимательно слушайте ССЫЛКИ НА СТАТЬИ

В отличие от сейсмологических измерений, которые обычно дают одинаковые результаты при повторении, атмосфера меняется быстро, говорит Дэнни Боуман из Sandia National Лаборатории.«Как будто каждое событие передается через другой носитель».

Боуман занимается инфразвуковой разведкой на воздушном шаре. (У этого есть прецедент: ВВС США запускали воздушные шары, чтобы услышать об испытаниях советской бомбы в конце 1940-х годов; один из них приземлился в пустыне недалеко от Розуэлла, штат Нью-Мексико, что привело к теории об НЛО там.) Его первый такой эксперимент был в 2014 году. на высотной студенческой платформе НАСА. Теперь он и его коллеги запускают воздушные шары с микробарометрами несколько раз в год — так часто, как они могут собрать финансирование.Солнечные шары, которые приобретают плавучесть, поскольку воздух внутри них нагревается Солнцем, поднимаются на высоту 20–24 км, а гелиевые шары НАСА поднимаются почти на 40 км. Браун отмечает, что воздушные шары с инфразвуковыми датчиками могут быть запущены в других частях Солнечной системы. Инфразвук можно использовать для прослушивания «венусотрясений» и для других исследований газообразных или горячих планет.

В стратосфере температура повышается с высотой, а плотность падает. В результате конвекция подавляется, а ветры становятся ровными и ламинарными.Воздушные шары в стратосфере не только летают на большие расстояния, они также свободны от шума, создаваемого турбулентностью. В 2016 году один из микробарометров Боумена долетел на воздушном шаре НАСА, запущенном из Новой Зеландии. Воздушный шар облетел Антарктиду и через 43 дня приземлился в Перу. «Мы идентифицировали гром, сталкивающиеся океанские волны, взрывы на Земле, что-то, что, как мы думаем, было болидом или метеором — и другие загадки», — говорит Боуман. До сих пор ему и его коллегам приходилось извлекать свои инструменты для доступа к данным, но предстоящие эксперименты будут передавать данные в режиме реального времени.

SANDIA NATIONAL LABORATORIES

Инфразвук может обнаруживать метеоры размером с мячик для гольфа. По словам Брауна, получить представление о распределении их размера и энергии интересно по многим причинам. Метеоры доставляют атомы металлов и органические соединения, необходимые для понимания пребиотической химии и происхождения жизни. Статистические данные о метеорах также могут дать информацию о скорости образования кратеров на безвоздушных телах в Солнечной системе, которую можно использовать для оценки возраста поверхности столкнувшегося тела.

Брайан Элбинг, инженер по гидромеханике из Университета штата Оклахома, начал отслеживать торнадо с помощью инфразвука в качестве побочного проекта. Но его точное предсказание смерча 11 мая 2017 года усилило интерес к этому подходу как у него самого, так и у других. Торнадо традиционно отслеживают с помощью доплеровского радара. Но он говорит, что поскольку предупреждения неверны примерно в трех четвертях случаев, люди их игнорируют. (См. также интервью с метеорологом и охотником за торнадо Говардом Блюстейном на http://physicstoday.org/bluestein.)

Elbing использует три микрофона, расположенных на расстоянии около 60 метров друг от друга, для пассивного прослушивания торнадо. Шланги, исходящие из микрофонов, как спицы, функционируют как ветрозащитные экраны: локальные волны давления от ветра поступают в шланги некогерентно и нейтрализуются, в то время как сигналы от торнадо или других более удаленных источников поступают когерентно.

Установка уловила сигналы примерно за 10 минут до того, как прошлогодний торнадо сформировался примерно в 20 км от него, и на их основе Эльбинг оценил ширину пути в 46 метров — именно такую ​​ширину официальная ширина пути повреждения сообщила впоследствии NOAA.

Штормы начинают излучать инфразвук за час до образования торнадо, что в конечном итоге может привести к более заблаговременным предупреждениям. По словам Кевина Кнуппа из Института суровой погоды — Лаборатории радаров и молний Университета Алабамы в Хантсвилле, одной из задач является детальное выяснение того, как создается инфразвук, который не участвует в проекте Элбинга. «Если мы сможем определить, что можно надежно обнаруживать инфразвук торнадо в широком диапазоне масштабов, следующим шагом будет создание операционной системы, которую могла бы использовать служба погоды, или детекторов инфразвука, которые люди могли бы иметь в своих домах», — говорит Кнупп.

Слушайте внимательно

Раздел:

ВыбратьНаверх страницыРЕЗЮМЕШум как сигналПредвестники изверженияАтмосферные ветрыИсследования на воздушном шареВнимательно слушайте << СО ССЫЛКАМИ НА СТАТЬИ

Помимо мониторинга ядерных взрывов, Омар Марсилло из Лос-Аламосской национальной лаборатории исследует потенциал инфразвука для дистанционного подслушивания в промышленных зонах. По его словам, в сочетании инфразвук и сейсмические волны могут дать информацию о процессах, происходящих на поверхности или непосредственно под ней.Он объясняет, что современные ветряные турбины, большие вентиляторы, насосы и вентиляторы на электростанциях и фабриках создают сейсмо-инфразвуковой шум. «Сигналы могут давать информацию о деятельности в интересующем месте. Вы не можете сказать, какой тип производства, но вы можете сказать, что идет тяжелая работа».

Камар Шамс из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли разработал инфразвуковое ветровое стекло из пенополиуретана, которое, как он утверждает, снижает шум ветра на 10–20 дБ. Одним из возможных приложений является экранирование детекторов турбулентности при ясном небе, которые, по его словам, можно использовать для раннего выявления торнадо и ураганов, а также для обнаружения вихрей в кильватерном следе самолета.Микрофоны, установленные в качестве теста в международном аэропорту Ньюпорт-Ньюс/Уильямсбург в Вирджинии в 2012–2013 годах, зафиксировали сильные вихри позади самолетов, когда они взлетали и приземлялись. По его словам, обнаружение инфразвука может быть использовано в системе предотвращения следа.

Инфразвук может иметь жизненно важное медицинское применение, говорит Шамс. Человеческое сердце бьется примерно 72 раза в минуту. Это основная частота 1,2 Гц, «поэтому наше кровообращение находится в инфразвуковом диапазоне». По его словам, инфразвуковой стетоскоп, разработанный им и его коллегами, в настоящее время проходит клинические испытания в Космическом центре Кеннеди НАСА.«Более 85% населения мира не имеют доступа к эхокардиографии, компьютерной томографии или другим передовым диагностическим инструментам». Инфразвуковой стетоскоп, по его словам, может стать более дешевым методом ранней диагностики болезней сердца и легких.

 

Раздел:

ВыбратьВерх страницыРЕЗЮМЕШум как сигналПредвестники изверженияАтмосферные ветрыИсследования на воздушном шареВнимательно слушайте<

1. © 2018 Американский институт физики.

Инфразвук: определение, эффекты и использование — видео и стенограмма урока

Откуда берется инфразвук?

Все звуковые волны имеют источник.Что-то прикладывает силу и заставляет материю вибрировать. Например, когда кто-то говорит, голосовые связки этого человека вызывают вибрацию воздуха, а чьи-то уши улавливают вибрации воздуха. Голосовые связки человека не способны воспроизводить низкие частоты инфразвука, но другие вещи способны.

Другие виды животных, которые крупнее и имеют более крупные голосовые связки, такие как слоны и киты, могут излучать инфразвуковые волны. Крупные природные явления на Земле также могут вызывать эти низкочастотные вибрации.Землетрясения, лавины, извержения вулканов и экстремальные погодные явления могут создавать инфразвук. Инфразвук могут создавать и антропогенные события: взрывы, ветряные турбины, двигатели, самолеты, преодолевающие звуковой барьер, и определенные динамики.

Как инфразвук влияет на нас?

Некоторые люди утверждают, что инфразвук вызывает неприятные симптомы. Эту теорию трудно доказать, но есть некоторые доказательства, подтверждающие ее. Например, люди, живущие рядом с ветряными электростанциями, производящими инфразвук, жалуются на определенные симптомы.К ним относятся проблемы со сном, головные боли, раздражительность, проблемы с концентрацией внимания и памятью, тошнота и головокружение. До сих пор только небольшие исследования смогли доказать, что эти симптомы вызваны турбинами и инфразвуком.

Можно ли использовать инфразвук?

Некоторые животные используют инфразвук для общения, но использование человеком этих низкочастотных волн ограничено. Вполне естественным способом, с помощью которого люди могут использовать силу инфразвука, является наблюдение и имитация животных. Было высказано предположение, что некоторые животные могут слышать или чувствовать инфразвуковые вибрации в земле, предшествующие стихийным бедствиям, таким как землетрясение или цунами.Было замечено, что животные покидают районы до того, как произойдет бедствие. Если бы люди могли внимательно наблюдать за животными, то их можно было бы использовать в качестве передовой системы предупреждения.

Ученые также разработали детекторы инфразвука, которые потенциально можно использовать в качестве систем предупреждения о лавинах, землетрясениях и других явлениях. Одна из таких систем называется USArray и в основном используется для сбора инфразвука в исследовательских целях. Эти данные помогают ученым больше узнать о природных явлениях и антропогенном инфразвуке.Глобальный детектор, управляемый Договором о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний , отслеживает инфразвук вокруг Земли, чтобы убедиться, что никто не взорвал ядерное оружие.

Краткий обзор урока

Звуковые волны — это циклические возмущения в материи, также известные как волны давления. Люди могут слышать только средние частоты звука. Частота — это мера количества длин волн, производимых в секунду. Инфразвук — любая звуковая волна частотой 20 Гц или меньше.Инфразвук могут производить некоторые животные, природные и антропогенные явления. Инфразвуковые волны могут вызывать физические симптомы у людей, но это трудно доказать. Некоторые животные могут чувствовать и предупреждать о стихийных бедствиях, обнаруживая инфразвук, и искусственные устройства могут делать то же самое. В настоящее время детекторы инфразвука контролируют использование ядерного оружия во всем мире.

Национальный центр физической акустики | Атмосферная акустика

Атмосферная акустика

Инфразвук — это атмосферные акустические волны с частотой ниже, чем человек может обнаружить (менее 20 Гц).Инфразвук обычно генерируется крупными источниками, такими как ураганы, взрывы, торнадо и взаимодействия атмосферы и океана. Поскольку затухание в этом диапазоне частот очень мало, эти волны распространяются на большие расстояния, хотя путь распространения осложнен слоистой и динамической структурой атмосферы. Понимая физические механизмы генерации звука, мы можем получить информацию об этих крупных источниках, такую ​​как местоположение и масштабы энергии.

Группа Атмосферной Акустики в NCPA, в настоящее время возглавляемая Dr.Роджер Вакслер очень активно исследовал ряд аспектов инфразвука. Эта группа разработала новый тип массива инфразвуковых датчиков с улучшенными характеристиками отношения сигнала к шуму и частотным диапазоном. Они также изучили инфразвуковые сигналы, генерируемые ураганами в Атлантике, и американские группы вдоль восточного побережья для отслеживания ураганов. В настоящее время они работают над пониманием распространения инфразвука через ураган, чтобы использовать инфразвук для сбора информации о внутренней структуре и скорости ветра внутри урагана.Эта группа также изучила отчетливые акустические сигнатуры торнадо и работает над тем, чтобы понять механизм достаточно хорошо для отслеживания и раннего предупреждения. Наконец, наша группа по атмосферной акустике работает с международным сообществом над анализом сигналов испытаний оружия, зарегистрированных инфразвуковыми массивами, расположенными по всему миру. Важным объектом является камера для инфразвуковой калибровки, разработанная исследователями NCPA.

 

• В 2008–2009 финансовом году произошли значительные изменения в области инфразвука в NCPA.С 1998 года, финансируемый в основном за счет инициатив Конгресса, NCPA возглавил национальное возрождение разработки и применения инфразвуковых исследований и технологий. NCPA сыграл решающую роль в развитии инфразвукового компонента США Международной системы мониторинга (МСМ) Организации Объединенных Наций по Договору о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний и был и остается ведущим учреждением для Группы исследований и разработок США в области инфразвука.
• В то время как IMS предназначалась в первую очередь для обнаружения тайных испытаний ядерного оружия, за последнее десятилетие U.С. был сосредоточен на использовании инфразвуковой сети для геофизических исследований. За этот период исследователи НЦПА и других лабораторий в составе группы США зарекомендовали себя как мировые эксперты в различных областях исследования инфразвука, включая излучение инфразвука ураганами, распространение инфразвука через атмосферу, генерацию инфразвука вулканами, и разработка технологии инфразвукового зондирования.
• В 2008 году Министерство обороны США инициировало программу «Технологии контроля над ядерными вооружениями» (NACT), задачей которой является подготовка американского оружия.S. за возможность вступления в силу Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ). Университет Миссисипи и, в частности, NCPA были выбраны для руководства компонентом инфразвуковых исследований и разработок программы NACT. В партнерстве с NCPA Геофизический институт Университета Аляски в Фэрбенксе был выбран для руководства эксплуатацией и обслуживанием инфразвуковых станций США в IMS. Финансирование программы NACT поступает непосредственно от Министерства обороны.
• В дополнение к программе NACT, NCPA возглавляет проект дистанционного инфразвукового мониторинга природных опасностей для Национального управления океанических и атмосферных исследований. Эта программа осуществляется консорциумом, состоящим из NCPA, Гавайского университета, Университета Аляски в Фэрбенксе и Калифорнийского университета в Сан-Диего, для разработки технологий обнаружения и мониторинга ураганов, извержений вулканов, торнадо, суровых условий прибоя и цунами. .

 

Идентификация инфразвуковой и сейсмической составляющих толчков в записях одной станции: приложение к событиям 2013 и 2018 гг. на острове Иото, Япония | Земля, планеты и космос

Приложение A: Общее решение поверхностных волн, вызванных давлением

Это приложение в основном относится к Бен-Менахему и Сингху (1981) для вывода уравнений.2\,2f’\right] , m_2= \frac{\rho \alpha }{\rho ‘ \alpha ‘}\mathrm{cos}\,e’, \end{aligned}$$

(А.3)

где x — расстояние по горизонтальной составляющей направления падения волны, t — время, \(\omega\) — угловая частота, \(p_{\text{in}}\) амплитуда волны давления, измеренная на поверхности, а \(\rho\) и \(\rho ‘\) — плотности воздуха и твердого тела соответственно.

В предположении, что две константы Ламе \((\lambda ‘,\mu ‘)\) равны,

$$\begin{aligned} \frac{\beta ‘}{\alpha ‘} = \frac {1}{\sqrt{3}}.{-\frac{i\pi}}{2}}p_{\text{in}}\mathrm{exp} \left[ i\omega \left( t-\frac{x}{\alpha} \right) \ справа] , \end{выровнено}$$

(А.8)

, что эквивалентно уравнению. (1) основного текста для \(\lambda ‘=\mu ‘\).

Рис. 7

Абсолютное значение C по сравнению с \(R_p\) в случае \(\mathrm{sin}\,e\) = 1

Поскольку мелководье в вулканических районах обычно имеет очень низкие сейсмические скорости (Lesage et al. 2018), приведенное выше приближение не всегда справедливо.3\) и \(\alpha =340\) м/с. Это значение получается при \(R_p\sim\) 0,23, 1,85 и 1,96 из рис. 7, если предположить \(\mathrm{sin}\,e=1\). Тогда скорость продольной волны становится равной 78,2 м/с, 629 м/с и 666 м/с соответственно. Последние два значения кажутся разумными для малой скорости P-волн в вулканической области (Lesage et al. 2018).

Приложение B: Общее решение для волны земля-воздух

Здесь мы рассматриваем падающую сейсмическую волну. Мы не указываем тип сейсмической волны, будь то P-волна, S-волна или поверхностная волна.Кажущаяся скорость распространения вдоль поверхности, \(\hat{c}\), больше, чем фактическая сейсмическая скорость материала грунта, если только волна не распространяется горизонтально. В той же системе координат, что и в Приложении A, вертикальная скорость поверхности земли в точке z = 0 принимается равной

$$\begin{aligned} w_0 = w_{\text{in}}\mathrm{exp}\ влево[ i\omega \left( t-\frac{x}{\hat{c}}\right) \right] . \end{выровнено}$$

(Б.1)

Мы предполагаем, что контраст импеданса земля-воздух бесконечно велик независимо от скорости сейсмической волны из-за разности плотностей.Следовательно, уравнение (B.1) рассматривается как граничное условие для атмосферы, а не как акустическая связь.

Волновое уравнение в воздухе получается из линеаризованных основных уравнений }} = 0, \end{выровнено}$$

(БИ 2)

$$\begin{align}&\rho \frac{\partial \mathbf{v}}{\partial t} + \nabla \mathbf{p} = 0, \end{align}$$

(Б.2\фи =0. \end{выровнено}$$

(Б.5)

Мы предполагаем решение уравнения. {2}}} w _ {\ text {in}}.\end{выровнено}$$

(Б.10)

Когда \(\alpha /\hat{c}\ll 1\), уравнение (B.10) становится \(p_{w}=\rho \alpha w_{\text{in}}\), что показано в уравнении. (2) основного текста. Сейсмическая скорость земли на небольшой глубине может быть такой же или даже меньше, чем \(\альфа\) в случае этого исследования, как объяснено в Приложении A. Однако очень низкая сейсмическая скорость ожидается на глубинах менее десятков метров (Lesage et al. 2018). Когда сейсмическая скорость распространяется из более глубоких слоев, \(\hat{c}\) должна быть больше независимо от мелкого низкоскоростного слоя из-за почти вертикального угла падения.Следовательно, предположение \(\alpha /\hat{c}\ll 1\) верно. Только когда сейсмическая волна генерируется в неглубоком низкоскоростном слое, мы можем иметь \(\alpha /\hat{c} \ge 1\). Такой неглубокий сейсмический источник может быть связан с поверхностной активностью вулкана и может непосредственно генерировать инфразвуковые волны.