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] С уменьшением частоты слух постепенно становится менее чувствительным, поэтому для того, чтобы человек мог воспринимать инфразвук, звуковое давление должно быть достаточно высоким. Хотя ухо является основным органом восприятия низких звуков, при более высокой интенсивности можно ощущать инфразвуковые колебания в различных частях тела.
Исследование таких звуковых волн иногда называют инфразвуком , охватывающим звуки от 20 Гц до 0,1 Гц (и редко до 0,001 Гц). Люди используют этот диапазон частот для мониторинга землетрясений и вулканов, составления карт горных и нефтяных формаций под землей, а также в баллистокардиографии и сейсмокардиографии для изучения механики сердечно-сосудистой системы человека.
Инфразвук характеризуется способностью преодолевать препятствия с небольшим рассеиванием . В музыке методы акустических волноводов , такие как большой орган или, для воспроизведения, экзотические конструкции громкоговорителей, такие как линия передачи , вращающийся низкочастотный динамик или традиционные конструкции сабвуфера , могут воспроизводить низкочастотные звуки, в том числе близкие к инфразвуку. Сабвуферы, предназначенные для создания инфразвука, способны воспроизводить звук на октаву или более ниже, чем у большинства имеющихся в продаже сабвуферов, и часто примерно в 10 раз больше их размера. [ нужна цитата ]
Союзники Первой мировой войны впервые использовали инфразвук для определения местоположения артиллерии . [2] [ нужен лучший источник ] Одним из пионеров инфразвуковых исследований был французский учёный Владимир Гавро . [3] 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 нескольких недель предположений об источнике тошноты — команда была убеждена, что это был патоген или неотслеживаемая утечка ядовитых химических паров на объекте — они обнаружили, что «слабо сбалансированный низкоскоростной двигатель… развивал [эти] «тошнотворные вибрации». [3]
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, генерируемый двигателем, был настолько низким по высоте, что он был ниже их биологической способности слышать, и что их записывающее оборудование не было способно 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, представлял собой инфразвуковую волну с частотой 7 циклов в секунду, которая вызывала резонансный режим в воздуховодах и архитектуре здания, значительно усиливая звук. [3] После этого счастливого открытия исследователи вскоре приступили к подготовке дальнейших инфразвуковых испытаний в лабораториях. Одним из его экспериментов был инфразвуковой свисток, огромная органная труба . [4] [5] [6] В результате этого и подобных инцидентов в новом архитектурном строительстве стало обычным делом проверять и устранять любые инфразвуковые резонансы в полостях, а также использовать звукоизоляцию и материалы со специальными звуковыми свойствами.
Инфразвук может исходить как от природных, так и от искусственных источников:
Считалось, что некоторые животные воспринимают инфразвуковые волны, проходящие через землю и вызванные стихийными бедствиями, и используют их в качестве раннего предупреждения. Примером этого являются землетрясение и цунами в Индийском океане в 2004 году . Сообщалось, что животные покинули этот район за несколько часов до того, как цунами обрушилось на берега Азии. [34] [35] Точно неизвестно, что является причиной; некоторые предполагают, что, возможно, именно влияние электромагнитных волн , а не инфразвуковых волн, побудило этих животных бежать. [36]
Исследования, проведенные в 2013 году Джоном Хагстрамом 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, человек-слушатель сможет распознавать звуки частотой всего 12 Гц. [38] Ниже 10 Гц можно воспринимать одиночные циклы звука, а также ощущение давления на барабанные перепонки.
Примерно с 1000 Гц динамический диапазон слуховой системы уменьшается с уменьшением частоты. Это сжатие наблюдается на контурах равного уровня громкости и означает, что даже небольшое увеличение уровня может изменить воспринимаемую громкость с едва слышимой на громкую. В сочетании с естественным разбросом пороговых значений внутри популяции это может привести к тому, что очень низкочастотный звук, который не слышен одним людям, может быть громким для других. [ нужна цитата ]
Одно исследование показало, что инфразвук может вызывать у людей чувство трепета или страха. Было также высказано предположение, что, поскольку это не воспринимается сознательно, у людей может возникнуть смутное ощущение того, что происходят странные или сверхъестественные события. [39]
Ученый, работающий в лаборатории слуховой нейробиологии Сиднейского университета, сообщает о растущем количестве доказательств того, что инфразвук может влиять на нервную систему некоторых людей, стимулируя вестибулярную систему , 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 близлежащее население, воспринимаемый инфразвук был связан с такими эффектами, как раздражение или утомление, в зависимости от его интенсивности, при этом мало доказательств, подтверждающих физиологические эффекты инфразвука, которые ниже человеческого восприятия. порог. [41] Более поздние исследования, однако, связали неслышимый инфразвук с такими эффектами, как чувство переполнения, давление или шум в ушах, и признали возможность того, что он может нарушать сон. [42] Другие исследования также предположили связь между уровнем шума в турбинах и нарушениями сна у близлежащего населения, добавив при этом, что вклад инфразвука в этот эффект до сих пор не до конца понятен. [43] [44]
В исследовании, проведенном в Университете Ибараки в Японии, исследователи заявили, что ЭЭГ-тесты показали, что инфразвук, производимый ветряными турбинами , «считается раздражающим для технических специалистов, работающих рядом с современной крупной ветряной турбиной». [45] [46] [47]
Юрген Альтманн из Технического университета Дортмунда , эксперт по звуковому оружию , заявил, что не существует надежных доказательств тошноты и рвоты, вызванных инфразвуком. [48]
Было отмечено, что высокие уровни громкости на концертах, использующие сабвуферы, вызывают коллапс легких у людей, которые находятся очень близко к сабвуферам, особенно у курильщиков, которые особенно высоки и худы. [49]
В сентябре 2009 года лондонский студент Том Рид умер от синдрома внезапной аритмической смерти (SADS) после того, как пожаловался, что «громкие басовые ноты» «дотрагиваются до его сердца». Следствие зафиксировало наличие естественных причин, хотя некоторые эксперты отметили, что спусковым крючком мог послужить окунь. [50]
Воздух является очень неэффективной средой для передачи низкочастотной вибрации от преобразователя к телу человека. [51] Однако механическое соединение источника вибрации с телом человека представляет собой потенциально опасную комбинацию. Космическая программа США, обеспокоенная пагубным воздействием ракетных полетов на астронавтов, заказала вибрационные испытания, в которых использовались сиденья кабины, установленные на вибрационных столах, для передачи «коричневой ноты» и других частот непосредственно людям. Очень высокие уровни мощности 160 дБ были достигнуты на частотах 2–3 Гц. Испытательные частоты варьировались от 0,5 Гц до 40 Гц. Испытуемые страдали моторной атаксией, тошнотой, нарушениями зрения, ухудшением выполнения задач и трудностями в общении. Исследователи полагают, что эти тесты являются ядром нынешнего городского мифа . [52] [53] [ нужны разъяснения ]
Отчет «Обзор опубликованных исследований низкочастотного шума и его эффектов» [54] содержит длинный список исследований о воздействии инфразвука высокого уровня на людей и животных. Например, в 1972 году Борредон подверг 42 молодых людей воздействию тонов частотой 7,5 Гц и громкостью 130 дБ в течение 50 минут. Это воздействие не вызвало никаких побочных эффектов, кроме сонливости и небольшого повышения артериального давления. В 1975 году Сларв и Джонсон подвергли четверых мужчин воздействию инфразвука на частотах от 1 до 20 Гц в течение восьми минут за раз и на уровнях до 144 дБ SPL. Никаких доказательств какого-либо вредного воздействия, кроме дискомфорта в среднем ухе, обнаружено не было. Испытания высокоинтенсивного инфразвука на животных привели к измеримым изменениям, таким как изменения клеток и разрывы стенок кровеносных сосудов.
Инфразвук — одна из предполагаемых причин смерти девяти советских туристов, найденных мертвыми на перевале Дятлова в 1959 году. [55]
Коричневая нота — это гипотетическая инфразвуковая частота, способная вызвать недержание кала путем создания акустического резонанса в кишечнике человека. Попытки продемонстрировать существование «коричневой ноты» с помощью звуковых волн, передаваемых по воздуху, не увенчались успехом.
В феврале 2005 года телешоу «Разрушители мифов» попыталось проверить, существует ли «коричневая нота» на самом деле. Они тестировали ноты частотой до 5 Гц и звуковым давлением до 153 дБ . Они использовали сабвуфер, который использовался на крупных рок-концертах и который был специально модифицирован для более глубокого воспроизведения басов. Слухи о физиологических эффектах не оправдались. Шоу объявило, что миф о коричневых нотах «развенчан». [56] [57] [58] [59]
31 мая 2003 года группа британских исследователей провела массовый эксперимент, в ходе которого около 700 человек слушали музыку с мягкими синусоидальными волнами частотой 17 Гц , воспроизводимую на уровне, описываемом как «на краю слышимости», создаваемую сверхдлинным Двухтактный сабвуфер установлен на двух третях конца семиметровой пластиковой канализационной трубы. Экспериментальный концерт (под названием Infrasonic ) проходил в зале Перселла и состоял из двух представлений, каждое из которых состояло из четырех музыкальных произведений. Под двумя произведениями каждого концерта звучали звуки частотой 17 Гц. [60] [61]
На втором концерте пьесы, которые должны были иметь подтон 17 Гц, были заменены местами, чтобы результаты испытаний не касались какого-либо конкретного музыкального произведения. Участникам не сказали, какие произведения включают в себя низкоуровневый, близкий к инфразвуку тон 17 Гц. Наличие тона привело к тому, что значительное количество (22%) респондентов сообщили о чувстве беспокойства или печали, о ознобе по спине или нервном ощущении отвращения или страха. [60] [61]
Представляя доказательства Британской ассоциации содействия развитию науки , профессор Ричард Уайзман сказал: «Эти результаты показывают, что низкочастотный звук может вызывать у людей необычные переживания, даже если они не могут сознательно обнаружить инфразвук. Некоторые ученые предположили, что этот уровень звука могут присутствовать в некоторых местах, предположительно населенных привидениями , и поэтому вызывать у людей странные ощущения , которые они приписывают призракам — наши результаты подтверждают эти идеи». [39]
Психолог Ричард Уайзман из Университета Хартфордшира предполагает, что странные ощущения, которые люди приписывают призракам, могут быть вызваны инфразвуковыми вибрациями. Вик Тэнди , сотрудник-экспериментатор и по совместительству преподаватель школы международных исследований и права Университета Ковентри , вместе с доктором Тони Лоуренсом с факультета психологии университета, написали в 1998 году статью под названием «Призраки в машине» для журнала Journal of the Machine . Общество психических исследований . Их исследования показали, что инфразвуковой сигнал частотой 19 Гц может быть причиной появления некоторых призраков . Однажды Тэнди работал допоздна один в предположительно населенной привидениями лаборатории в Уорике , когда он почувствовал себя очень встревоженным и краем глаза заметил серое пятно. Когда Тэнди повернулась лицом к серой капле, там ничего не было.
На следующий день Тэнди работал над рапирой , держа рукоятку в тисках . Хотя к нему ничего не прикасалось, лезвие начало дико вибрировать. Дальнейшее расследование привело Тэнди к обнаружению, что вытяжной вентилятор в лаборатории излучал частоту 18,98 Гц, что очень близко к резонансной частоте глаза, указанной НАСА как 18 Гц. [62] Именно поэтому, как предположил Тэнди, он увидел призрачную фигуру — по его мнению, это была оптическая иллюзия, вызванная резонированием его глазных яблок. Комната имела длину ровно в половину длины волны, а стол находился в центре, создавая стоячую волну , вызывающую вибрацию фольги. [63]
Тэнди исследовал это явление дальше и написал статью под названием « Призрак в машине» . [64] Он провел ряд расследований в различных местах, предположительно населенных привидениями, в том числе в подвале Туристического информационного бюро рядом с Ковентриским собором [65] [66] и Эдинбургским замком . [67] [68]
НАСА в Лэнгли спроектировало и разработало систему инфразвукового обнаружения, которую можно использовать для проведения полезных инфразвуковых измерений в местах, где раньше это было невозможно. Система состоит из печатной платы электретного конденсаторного микрофона модели 377M06 с диаметром мембраны 3 дюйма и небольшого компактного ветрозащитного экрана. [69] Электретная технология обеспечивает минимально возможный фоновый шум, поскольку шум Джонсона , генерируемый вспомогательной электроникой (предусилителем), сведен к минимуму. [69]
Микрофон отличается высокой податливостью мембраны, большим объемом задней камеры, предварительно поляризованной объединительной платой и предусилителем с высоким импедансом, расположенным внутри задней камеры. Ветровое стекло, основанное на высоком коэффициенте прохождения инфразвука через вещество, изготовлено из материала, имеющего низкий акустический импеданс, и имеет достаточно толстую стенку, чтобы обеспечить устойчивость конструкции. [70] Было обнаружено, что пенополиуретан с закрытыми порами хорошо служит 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 учтены особенности инфразвука. Во-первых, инфразвук распространяется на огромные расстояния через атмосферу Земли в результате очень низкого атмосферного поглощения и рефракционного канала, который позволяет распространяться путем множественных отражений между поверхностью Земли и стратосферой. Второе свойство, которому уделялось мало внимания, — это высокая способность проникновения инфразвука через твердые вещества — свойство, используемое при проектировании и изготовлении ветровых стекол системы. [70]
Таким образом, система удовлетворяет нескольким требованиям к приборному обеспечению, выгодным для применения акустики: (1) низкочастотный микрофон с особенно низким фоновым шумом, который позволяет обнаруживать сигналы низкого уровня в пределах низкочастотной полосы пропускания; (2) небольшой компактный ветрозащитный экран, позволяющий (3) быстро развернуть микрофонную решетку в полевых условиях. Система также оснащена системой сбора данных, которая позволяет в реальном времени обнаруживать, пеленгировать и определять низкочастотный источник. [70]
Инфразвук — один из нескольких методов, используемых для определения того, произошел ли ядерный взрыв. Сеть из 60 инфразвуковых станций, помимо сейсмических и гидроакустических станций, образует Международную систему мониторинга (МСМ), задачей которой является мониторинг соблюдения Договора о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (ДВЗЯИ). [71] Инфразвуковые станции МСМ состоят из восьми датчиков -микробарометров и космических фильтров, расположенных в виде массива, охватывающего площадь примерно от 1 до 9 км 2 . [71] [72] Используемые космические фильтры представляют собой излучающие трубы с впускными отверстиями по всей длине, предназначенные для усреднения изменений выходного давления, таких как турбулентность ветра, для более точных измерений. [72] Используемые микробарометры предназначены для мониторинга частот ниже примерно 20 герц. [71] Звуковые волны частотой ниже 20 Гц имеют большую длину волны и плохо поглощаются, что позволяет обнаруживать их на больших расстояниях. [71]
Длины волн инфразвука могут генерироваться искусственно в результате взрывов и другой деятельности человека или естественным путем в результате землетрясений, суровых погодных условий, молний и других источников. [71] Как и судебная сейсмология , 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, отправляемые с каждой станции, для проверки подлинности данных. [73]
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, зафиксированный на сегодняшний день системой мониторинга, был порожден Челябинским метеоритом 2013 года . [74]
В фильме 2017 года «Звук» инфразвук используется в качестве основного элемента сюжета. [75] [76]
В «Фермате», эпизоде франко-бельгийского сериала 2020 года « Астрид и Рафаэль» , инфразвук от генератора, спрятанного в органе Большого зала Дома радио и музыки , парижской штаб-квартиры Радио Франции , используется как орудие убийства.
Сравнение измерений океанских буев с данными инфразвуковой антенны, собранными во время эпической зимы 2002–2003 годов, показывает четкую взаимосвязь между высотой разбивающихся океанских волн и уровнями инфразвукового сигнала.
К естественным источникам инфразвука относятся (но не ограничиваются ими) суровая погода, вулканы, болиды, землетрясения, горные волны, прибой и, в центре внимания данного исследования, нелинейные взаимодействия океанских волн.
Повсеместные пятисекундные инфразвуковые сигналы, называемые «микробаромами», которые генерируются стоячими морскими волнами во время морских штормов, являются причиной низкого уровня естественного инфразвукового фона в полосе пропускания от 0,02 до 10 Гц.
Американский певец Тим Стормс, который также обладает самым широким в мире вокальным диапазоном, может брать ноты до G-7 (0,189 Гц) [...] настолько низкие, что даже сам Стормс не может их услышать.
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Продолжая 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.