Инфразвук , иногда называемый низкочастотным звуком , описывает звуковые волны с частотой ниже нижнего предела слышимости человека (обычно 20 Гц , как определено стандартом ANSI/ASA S1.1-2013 ). [1] Слух постепенно становится менее чувствительным по мере уменьшения частоты, поэтому для восприятия инфразвука человеком звуковое давление должно быть достаточно высоким. Хотя ухо является основным органом для восприятия низкого звука, при более высокой интенсивности можно чувствовать инфразвуковые колебания в различных частях тела.
Изучение таких звуковых волн иногда называют инфразвуком , охватывающим звуки ниже 20 Гц до 0,1 Гц (и редко до 0,001 Гц). Люди используют этот диапазон частот для мониторинга землетрясений и вулканов, картирования скальных и нефтяных образований под землей, а также в баллистокардиографии и сейсмокардиографии для изучения механики сердечно-сосудистой системы человека.
Инфразвук характеризуется способностью обходить препятствия с небольшим рассеиванием . В музыке акустические волноводные методы, такие как большой орган или, для воспроизведения, экзотические конструкции громкоговорителей, такие как линия передачи , вращающийся вуфер или традиционные конструкции сабвуфера , могут производить низкочастотные звуки, включая близкие к инфразвуку. Сабвуферы, предназначенные для производства инфразвука, способны воспроизводить звук на октаву или более ниже, чем большинство имеющихся в продаже сабвуферов, и часто примерно в 10 раз больше. [ необходима цитата ]
Одним из пионеров в области инфразвуковых исследований был французский ученый Владимир Гавро . [2] Его интерес к инфразвуковым волнам впервые возник в 1957 году в большом бетонном здании, в котором он и его исследовательская группа работали. Группа испытывала приступы периодической и крайне неприятной тошноты. После недель размышлений об источнике тошноты — группа была убеждена, что это был патоген или неотслеженная утечка вредных химических паров в учреждении — они обнаружили, что «слабо уравновешенный низкоскоростной двигатель... создавал [эти] „тошнотворные вибрации“». [2]
Когда Гавро и его команда попытались измерить амплитуду и высоту тона, они были шокированы, когда их оборудование не обнаружило слышимого звука. Они пришли к выводу, что звук, создаваемый двигателем, был настолько низким по высоте, что он был ниже их биологической способности слышать, и что их записывающее оборудование не способно было обнаружить эти частоты. Никто не предполагал, что звук может существовать на таких низких частотах, и поэтому не было разработано никакого оборудования для его обнаружения. В конце концов, было установлено, что звук, вызывающий тошноту, был инфразвуковой волной с частотой 7 циклов в секунду, которая вызывала резонансный режим в воздуховодах и архитектуре здания, значительно усиливая звук. [2] После этого счастливого открытия исследователи вскоре приступили к подготовке дальнейших инфразвуковых испытаний в лабораториях. Одним из его экспериментов был инфразвуковой свисток, увеличенная органная труба . [3] [4] [5] В результате этого и подобных инцидентов при строительстве новых зданий стало обычным делом проверять и устранять любые инфразвуковые резонансы в полостях, а также внедрять звукоизоляцию и материалы со специальными звуковыми свойствами.
Инфразвук может быть вызван как естественными, так и искусственными источниками:
Некоторые животные, как полагают, воспринимают инфразвуковые волны, проходящие через землю, вызванные стихийными бедствиями, и используют их в качестве раннего предупреждения. Примером этого является землетрясение и цунами в Индийском океане в 2004 году . Сообщалось, что животные покинули этот район за несколько часов до того, как цунами достигло берегов Азии. [34] [35] Точно неизвестно, является ли это причиной; некоторые предполагают, что, возможно, именно влияние электромагнитных волн , а не инфразвуковых волн, побудило этих животных бежать. [36]
Исследования, проведенные в 2013 году Джоном Хагструмом из Геологической службы США, показывают, что почтовые голуби используют низкочастотный инфразвук для навигации. [37]
20 Гц считается нормальным низкочастотным пределом человеческого слуха. Когда чистые синусоидальные волны воспроизводятся в идеальных условиях и на очень высокой громкости, слушатель-человек сможет распознать тоны вплоть до 12 Гц. [38] Ниже 10 Гц можно воспринимать отдельные циклы звука, а также ощущение давления на барабанные перепонки.
Начиная примерно с 1000 Гц динамический диапазон слуховой системы уменьшается с уменьшением частоты. Это сжатие наблюдается в контурах равной громкости , и оно подразумевает, что даже небольшое увеличение уровня может изменить воспринимаемую громкость с едва слышимой на громкую. В сочетании с естественным разбросом порогов в популяции, его эффект может заключаться в том, что очень низкочастотный звук, который неслышим для некоторых людей, может быть громким для других. [ необходима цитата ]
Одно исследование предположило, что инфразвук может вызывать у людей чувство благоговения или страха. Также было высказано предположение, что поскольку он не воспринимается сознательно, он может заставить людей смутно чувствовать, что происходят странные или сверхъестественные события. [39]
Ученый, работающий в Лаборатории слуховой неврологии Сиднейского университета, сообщает о растущем количестве доказательств того, что инфразвук может влиять на нервную систему некоторых людей, стимулируя вестибулярный аппарат , и это показало на животных моделях эффект, аналогичный морской болезни . [40]
В исследовании, проведенном в 2006 году и посвященном влиянию звуковых излучений ветряных турбин на население поблизости, воспринимаемый инфразвук был связан с такими эффектами, как раздражение или усталость, в зависимости от его интенсивности, с небольшим количеством доказательств, подтверждающих физиологические эффекты инфразвука ниже порога человеческого восприятия. [41] Однако более поздние исследования связали неслышимый инфразвук с такими эффектами, как чувство переполнения, давления или шума в ушах, и признали возможность того, что он может нарушать сон. [42] Другие исследования также предположили связь между уровнями шума в турбинах и самоотчетными нарушениями сна у населения поблизости, добавив при этом, что вклад инфразвука в этот эффект все еще не полностью изучен. [43] [44]
В исследовании, проведенном в Университете Ибараки в Японии, ученые заявили, что тесты ЭЭГ показали, что инфразвук, производимый ветряными турбинами, «считается раздражающим для техников, работающих вблизи современных крупных ветряных турбин». [45] [46] [47]
Юрген Альтман из Технического университета Дортмунда , эксперт по звуковому оружию , заявил, что нет никаких надежных доказательств тошноты и рвоты, вызванных инфразвуком. [48]
Высокие уровни громкости на концертах, создаваемые массивами сабвуферов, могут стать причиной коллапса легких у людей, находящихся очень близко к сабвуферам, особенно у курильщиков, которые отличаются высоким ростом и худобой. [49]
В сентябре 2009 года лондонский студент Том Рид умер в клубе от синдрома внезапной аритмической смерти (SADS) после жалобы на то, что «громкие басовые ноты» из динамиков клуба «добирались до его сердца». Следствие вынесло вердикт о естественных причинах, хотя некоторые эксперты отметили, что бас мог послужить спусковым крючком. [50]
Воздух является очень неэффективной средой для передачи низкочастотной вибрации от преобразователя к телу человека. [51] Однако механическое соединение источника вибрации с телом человека обеспечивает потенциально опасную комбинацию. Космическая программа США, обеспокоенная вредным воздействием полета ракеты на астронавтов, заказала вибрационные испытания, в которых использовались сиденья кабины, установленные на вибростолах, для передачи «коричневой ноты» и других частот непосредственно испытуемым. Очень высокие уровни мощности в 160 дБ были достигнуты на частотах 2–3 Гц. Тестовые частоты варьировались от 0,5 Гц до 40 Гц. Испытуемые страдали двигательной атаксией, тошнотой, нарушением зрения, ухудшением выполнения задач и трудностями в общении. Исследователи предполагают, что эти испытания являются ядром современного городского мифа, окружающего «коричневую ноту» и ее последствия. [52] [53] [ необходимо разъяснение ]
Отчет «Обзор опубликованных исследований низкочастотного шума и его эффектов» [54] содержит длинный список исследований о воздействии инфразвука высокой интенсивности на людей и животных. Например, в 1972 году Борредон подверг 42 молодых людей воздействию тонов частотой 7,5 Гц при 130 дБ в течение 50 минут. Это воздействие не вызвало никаких неблагоприятных эффектов, кроме зарегистрированной сонливости и небольшого повышения артериального давления. В 1975 году Сларв и Джонсон подвергли четырех мужчин воздействию инфразвука на частотах от 1 до 20 Гц в течение восьми минут за раз на уровнях до 144 дБ SPL. Не было никаких доказательств какого-либо вредного воздействия, кроме дискомфорта в среднем ухе. Испытания инфразвука высокой интенсивности на животных привели к измеримым изменениям, таким как изменения клеток и разрыв стенок кровеносных сосудов.
Инфразвук является одной из предполагаемых причин смерти девяти советских туристов, найденных мертвыми на перевале Дятлова в 1959 году. [55]
США: Максимальные уровни для частот от 1 до 80 Гц не более 145 дБ. Общий уровень (для всех частот) - не более 150 дБ. [56]
Коричневая нота — гипотетическая инфразвуковая частота, способная вызывать недержание кала, создавая акустический резонанс в кишечнике человека. Попытки продемонстрировать существование «коричневой ноты» с помощью звуковых волн, передаваемых по воздуху, потерпели неудачу.
В феврале 2005 года телевизионное шоу MythBusters попыталось проверить, является ли «коричневая нота» реальностью. Они протестировали ноты до 5 Гц по частоте и до 153 дБ по звуковому давлению . Они использовали тип сабвуфера, используемый для крупных рок-концертов, и который был специально модифицирован для более глубокого расширения басов. Слухи о физиологических эффектах не материализовались. Шоу объявило миф о коричневой ноте «развенчанным». [58] [59] [60] [61]
31 мая 2003 года группа британских исследователей провела массовый эксперимент, в ходе которого они подвергли около 700 человек воздействию музыки, пронизанной мягкими синусоидальными волнами 17 Гц , воспроизводимыми на уровне, описанном как «близкий к границе слышимости», создаваемом сверхдлинноходным сабвуфером, установленным на расстоянии двух третей от конца семиметровой пластиковой канализационной трубы. Экспериментальный концерт (под названием Infrasonic ) состоялся в зале Перселла в течение двух представлений, каждое из которых состояло из четырех музыкальных произведений. Два из произведений в каждом концерте имели 17-герцовые тона, воспроизводимые снизу. [62] [63]
На втором концерте пьесы, которые должны были нести 17 Гц полутон, были поменяны местами, чтобы результаты теста не фокусировались на какой-либо конкретной музыкальной пьесе. Участникам не сказали, какие пьесы включали низкоуровневый 17 Гц почти инфразвуковой тон. Присутствие тона привело к тому, что значительное число (22%) респондентов сообщили о чувстве беспокойства или печали, ознобе или нервных чувствах отвращения или страха. [62] [63]
Представляя доказательства Британской ассоциации содействия развитию науки , профессор Ричард Уайзман сказал: «Эти результаты свидетельствуют о том, что низкочастотный звук может вызывать у людей необычные ощущения, даже если они не могут сознательно улавливать инфразвук. Некоторые ученые предположили, что этот уровень звука может присутствовать в некоторых предположительно населенных призраками местах и, таким образом, вызывать у людей странные ощущения , которые они приписывают привидению — наши выводы подтверждают эти идеи». [39]
Психолог Ричард Уайзман из Университета Хартфордшира предполагает, что странные ощущения, которые люди приписывают призракам, могут быть вызваны инфразвуковыми колебаниями. Вик Тэнди , экспериментальный сотрудник и внештатный преподаватель в школе международных исследований и права в Университете Ковентри , вместе с доктором Тони Лоуренсом из психологического факультета университета, написали в 1998 году статью под названием «Призраки в машине» для журнала Общества психических исследований . Их исследование показало, что инфразвуковой сигнал частотой 19 Гц может быть ответственен за некоторые наблюдения призраков . Однажды Тэнди работал поздно ночью один в предположительно населенной призраками лаборатории в Уорике , когда он почувствовал сильное беспокойство и краем глаза мог заметить серое пятно. Когда Тэнди повернулся, чтобы посмотреть на серое пятно, ничего не было.
На следующий день Тэнди работал над своей фехтовальной рапирой , зажав ручку в тисках . Хотя к ней ничего не прикасалось, лезвие начало дико вибрировать. Дальнейшее расследование привело Тэнди к обнаружению того, что вытяжной вентилятор в лаборатории излучал частоту 18,98 Гц, очень близкую к резонансной частоте глаза, которую НАСА определяет как 18 Гц. [64] Именно поэтому, предположил Тэнди, он увидел призрачную фигуру — он считал, что это была оптическая иллюзия, вызванная резонированием его глазных яблок. Длина комнаты составляла ровно половину длины волны, а стол находился в центре, таким образом вызывая стоячую волну , которая вызывала вибрацию рапиры. [65]
Тэнди исследовал это явление глубже и написал статью под названием «Призрак в машине» . [66] Он провел ряд исследований в различных местах, которые, как полагают, населены привидениями, включая подвал туристического информационного бюро рядом с собором Ковентри [67] [68] и Эдинбургский замок . [69] [70]
NASA Langley спроектировало и разработало инфразвуковую систему обнаружения, которая может быть использована для проведения полезных инфразвуковых измерений в местах, где это было невозможно ранее. Система включает в себя электретный конденсаторный микрофон PCB Model 377M06 с диаметром мембраны 3 дюйма и небольшой компактный ветрозащитный экран. [71] Технология на основе электрета обеспечивает минимально возможный фоновый шум, поскольку шум Джонсона , генерируемый в поддерживающей электронике (предусилитель), сведен к минимуму. [71]
Микрофон отличается высокой податливостью мембраны с большим объемом задней камеры, предварительно поляризованной задней панелью и предусилителем с высоким импедансом, расположенным внутри задней камеры. Ветрозащитный экран, основанный на высоком коэффициенте передачи инфразвука через вещество, изготовлен из материала с низким акустическим импедансом и имеет достаточно толстую стенку для обеспечения структурной устойчивости. [72] Было обнаружено, что полиуретановая пена с закрытыми ячейками хорошо подходит для этой цели. В предлагаемом тесте параметрами теста будут чувствительность, фоновый шум, точность сигнала (гармонические искажения) и временная стабильность.
Конструкция микрофона отличается от конструкции обычной аудиосистемы тем, что учитываются особенности инфразвука. Во-первых, инфразвук распространяется на огромные расстояния через атмосферу Земли в результате очень низкого атмосферного поглощения и рефракционного воздуховода, который обеспечивает распространение посредством множественных отражений между поверхностью Земли и стратосферой. Второе свойство, которому уделялось мало внимания, — это большая проникающая способность инфразвука через твердое вещество — свойство, используемое при проектировании и изготовлении ветровых экранов системы. [72]
Таким образом, система удовлетворяет нескольким требованиям к приборам, выгодным для применения акустики: (1) низкочастотный микрофон с особенно низким фоновым шумом, который позволяет обнаруживать сигналы низкого уровня в пределах полосы пропускания низких частот; (2) небольшой, компактный ветрозащитный экран, который позволяет (3) быстро развернуть микрофонную решетку в полевых условиях. Система также имеет систему сбора данных, которая позволяет обнаруживать, пеленговать и определять сигнатуру низкочастотного источника в реальном времени. [72]
Инфразвуковой метод является одним из нескольких методов, используемых для определения того, произошел ли ядерный взрыв. Сеть из 60 инфразвуковых станций, в дополнение к сейсмическим и гидроакустическим станциям, составляет Международную систему мониторинга (IMS), которая отвечает за мониторинг соблюдения Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (CTBT). [73] Инфразвуковые станции IMS состоят из восьми датчиков микробарометра и космических фильтров, расположенных в массиве, охватывающем площадь приблизительно от 1 до 9 км 2 . [73] [74] Используемые космические фильтры представляют собой излучающие трубы с входными отверстиями по всей их длине, предназначенные для усреднения изменений давления, таких как турбулентность ветра, для более точных измерений. [74] Используемые микробарометры предназначены для мониторинга частот ниже приблизительно 20 Гц. [73] Звуковые волны ниже 20 Гц имеют большую длину волны и не так легко поглощаются, что позволяет обнаруживать их на больших расстояниях. [73]
Длины инфразвуковых волн могут быть созданы искусственно посредством детонаций и другой человеческой деятельности или естественным образом из-за землетрясений, суровых погодных условий, молний и других источников. [73] Как и в судебной сейсмологии , алгоритмы и другие методы фильтрации необходимы для анализа собранных данных и характеристики событий, чтобы определить, действительно ли произошел ядерный взрыв. Данные передаются с каждой станции по защищенным каналам связи для дальнейшего анализа. Цифровая подпись также встроена в данные, отправленные с каждой станции, чтобы проверить, являются ли данные подлинными. [75]
Подготовительная комиссия Организации Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний использует инфразвук в качестве одной из своих технологий мониторинга, наряду с сейсмическим , гидроакустическим и атмосферным радионуклидным мониторингом. Самый громкий инфразвук, зарегистрированный на сегодняшний день системой мониторинга, был сгенерирован Челябинским метеором в 2013 году . [76]
В фильме 2017 года «Звук» инфразвук используется как основной элемент сюжета. [77] [78]
В «Фермате», эпизоде 2020 года франко-бельгийского телесериала «Астрид и Рафаэль» , в качестве орудия убийства используется инфразвук от генератора, спрятанного в органе Большого зала Дома радио и музыки , парижской штаб-квартиры Радио Франс .
Феномен «частоты призрака» упоминается в 4 серии 3 сезона сериала « Зло : Демон дороги».
Сравнение измерений океанских буев с данными инфразвукового массива, собранными во время эпической зимы 2002–2003 годов, показывает четкую связь между высотой прибоя океанской волны и уровнями инфразвукового сигнала.
естественным источникам инфразвука относятся (но не ограничиваются ими) суровые погодные условия, вулканы, болиды, землетрясения, горные волны, прибой и, в центре внимания данного исследования, нелинейные взаимодействия океанских волн.
пятисекундные инфразвуковые сигналы, называемые "микробаромами", которые генерируются стоячими морскими волнами во время морских штормов, являются причиной низкоуровневого естественного инфразвукового фона в полосе пропускания от 0,02 до 10 Гц.
певец Тим Стормс, который также обладает самым широким вокальным диапазоном в мире, может брать такие низкие ноты, как соль-7 (0,189 Гц) [...] настолько низкие, что даже сам Стормс не может их услышать.
свои поиски, Келли вскоре сталкивается с призрачными видениями и подавляющими низкочастотными звуковыми волнами ниже порога человеческого слуха, исходящими из источника, который она не может идентифицировать с помощью своего аудиооборудования.