Infraljud - Infrasound

Infraljudsarrayer vid infraljudsövervakningsstation i Qaanaaq , Grönland

Infraljud , ibland kallat lågfrekvent ljud , beskriver ljudvågor med en frekvens under den nedre gränsen för mänsklig hörbarhet (i allmänhet 20 Hz). Hörseln blir gradvis mindre känslig när frekvensen minskar, så för att människor ska kunna uppfatta infraljud måste ljudtrycket vara tillräckligt högt. Örat är det primära organet för att känna av lågt ljud, men vid högre intensiteter är det möjligt att känna infraljudsvibrationer i olika delar av kroppen.

Studier av sådana ljudvågor kallas ibland för infrasonics , som täcker ljud under 20 Hz ner till 0,1 Hz (och sällan till 0,001 Hz). Människor använder detta frekvensområde för att övervaka jordbävningar och vulkaner, kartlägga berg- och petroleumformationer under jorden, och även i ballistokardiografi och seismokardiografi för att studera hjärtmekaniken.

Infraljud kännetecknas av en förmåga att komma runt hinder med liten förlust . Inom musik kan akustiska vågledarmetoder , till exempel ett stort rörorgan eller, för reproduktion, exotiska högtalardesigner som överföringsledning , roterande woofer eller traditionella subwoofer- konstruktioner producera lågfrekventa ljud, inklusive nära-infraljud. Subwoofers som är avsedda att producera infraljud kan reproducera en oktav eller mer under de flesta kommersiellt tillgängliga subwoofers och är ofta cirka 10 gånger större.

Definition

Infraljud definieras av American National Standards Institute som "ljud vid frekvenser mindre än 20 Hz."

Historia och studier

De allierade under första världskriget använde först infraljud för att lokalisera artilleri . En av pionjärerna inom infrasonisk forskning var den franske forskaren Vladimir Gavreau . Hans intresse för infrasoniska vågor uppstod först i hans laboratorium under 1960 -talet, när han och hans laboratorieassistenter upplevde skakande laboratorieutrustning och smärta i trumhinnorna , men hans mikrofoner upptäckte inte hörbart ljud. Han drog slutsatsen att det var infraljud orsakat av en stor fläkt och kanalsystem och började snart arbeta med att förbereda tester i laboratorierna. Ett av hans experiment var en infrasonisk visselpipa, ett överdimensionerat orgelpipa .

Källor

Patent för en dubbel basreflex högtalare kapsling konstruktionen avsedd att producera infra frekvenser som sträcker sig från 5 till 25 hertz, varav traditionella subwoofer mönster är ej lätt kapabla.

Infraljud kan bero på både naturliga och konstgjorda källor:

  • Djurkommunikation: valar , elefanter , flodhästar , noshörningar , giraffer , okapier , påfåglar och alligatorer är kända för att använda infraljud för att kommunicera över avstånd - upp till hundratals mil när det gäller valar . I synnerhet har Sumatran noshörning visat sig producera ljud med så låga frekvenser som 3 Hz som har likheter med knölvalens sång . Den bruset av tiger innehåller infra av 18 Hz och lägre, och spinnande av kattdjur rapporteras att täcka ett intervall av 20 till 50 Hz. Det har också föreslagits att flyttfåglar använder naturligt genererat infraljud, från källor som turbulent luftflöde över bergskedjor, som navigationshjälpmedel . Infraljud kan också användas för fjärrkommunikation, särskilt väldokumenterat hos balhvalar (se Whal vocalization ) och afrikanska elefanter . Frekvensen för balhvalljud kan variera från 10 Hz till 31 kHz och för elefantsamtal från 15 Hz till 35 Hz. Båda kan vara extremt högt (cirka 117  dB ), vilket möjliggör kommunikation i många kilometer, med en möjlig maximal räckvidd på cirka 10 km (6 mi) för elefanter och potentiellt hundratals eller tusentals kilometer för vissa valar. Elefanter producerar också infraljudsvågor som färdas genom fast mark och avkänns av andra besättningar som använder fötterna, även om de kan separeras med hundratals kilometer. Dessa samtal kan användas för att samordna besättningarnas rörelse och låta parande elefanter hitta varandra.
  • Mänskliga sångare: vissa sångare, inklusive Tim Storms , kan producera noter i infraljudsområdet.

Djurreaktion

Huvudartikel: Uppfattning av infraljud
Ytterligare information: Tsunami § Möjlig djurreaktion och Rayleigh -våg § Möjlig djurreaktion

Vissa djur har tänkt att uppfatta de infrasoniska vågorna som går genom jorden, orsakade av naturkatastrofer, och att använda dem som en tidig varning. Ett exempel på detta är jordbävningen och tsunamin i Indiska oceanen 2004 . Djur rapporterades ha flytt från området timmar innan själva tsunamin träffade Asiens stränder. Det är inte säkert känt att detta är orsaken. vissa har föreslagit att det kan ha varit påverkan av elektromagnetiska vågor , och inte av infrasoniska vågor, som fick dessa djur att fly.

Forskning 2013 av Jon Hagstrum från US Geological Survey tyder på att duvor använder lågfrekventa infraljud för att navigera.

Mänskliga reaktioner

Se även: Brun lapp

20 Hz anses vara den normala lågfrekventa gränsen för mänsklig hörsel. När rena sinusvågor återges under idealiska förhållanden och vid mycket hög volym kommer en mänsklig lyssnare att kunna identifiera toner så låga som 12 Hz. Under 10 Hz är det möjligt att uppfatta ljudets enskilda cykler, tillsammans med en känsla av tryck vid trumhinnorna.

Från cirka 1000 Hz minskar det hörande systemets dynamiska område med minskande frekvens. Denna komprimering kan observeras i konturerna med lika hög ljudnivå, och det innebär att även en liten höjning av nivån kan ändra den upplevda ljudstyrkan från knappt hörbar till högt. I kombination med den naturliga spridningen i trösklar inom en befolkning kan dess effekt vara att ett mycket lågfrekvent ljud som är ohörbart för vissa människor kan vara högt för andra.

En studie har antytt att infraljud kan orsaka känslor av vördnad eller rädsla hos människor. Det har också föreslagits att eftersom det inte medvetet uppfattas kan det få människor att känna otydligt att udda eller övernaturliga händelser äger rum.

En forskare som arbetar vid Sydney University's Auditory Neuroscience Laboratory rapporterar växande bevis för att infraljud kan påverka vissa människors nervsystem genom att stimulera vestibulärt system , och detta har visat i djurmodeller en effekt som liknar havssjuka .

I forskning som genomfördes 2006 med fokus på effekterna av ljudutsläpp från vindkraftverk på den närliggande befolkningen har uppfattat infraljud associerats med effekter som irritation eller trötthet, beroende på dess intensitet, med få bevis för fysiologiska effekter av infraljud under den mänskliga uppfattningen tröskel. Senare studier har emellertid kopplat ohörbart infraljud till effekter som fullhet, tryck eller tinnitus och erkänt möjligheten att det kan störa sömnen. Andra studier har också föreslagit samband mellan ljudnivåer i turbiner och självrapporterade sömnstörningar i den närliggande befolkningen, samtidigt som de tillägger att infraljuds bidrag till denna effekt fortfarande inte är helt förstått.

I en studie vid Ibaraki University i Japan sa forskare att EEG-tester visade att infraljudet från vindkraftverk "ansågs vara ett irritationsmoment för de tekniker som arbetar nära ett modernt storskaligt vindkraftverk".

Jürgen Altmann vid Dortmund tekniska universitet , en expert på soniska vapen , har sagt att det inte finns några pålitliga bevis för illamående och kräkningar orsakade av infraljud.

Höga volymnivåer vid konserter från subwoofer -arrays har nämnts orsaka lungkollaps hos personer som är mycket nära subwoofers, särskilt för rökare som är särskilt långa och tunna.

I september 2009 dog Londonstudenten Tom Reid av plötsligt arytmiskt dödssyndrom (SADS) efter att ha klagat på att "högljudda basnoter" "kom till hans hjärta". I undersökningen registrerades en dom av naturliga orsaker, även om vissa experter kommenterade att basen kunde ha fungerat som en utlösare.

Luft är ett mycket ineffektivt medium för överföring av lågfrekventa vibrationer från en givare till människokroppen. Mekanisk anslutning av vibrationskällan till människokroppen ger dock en potentiellt farlig kombination. Det amerikanska rymdprogrammet, som oroade sig för de skadliga effekterna av raketflygning på astronauter, beordrade vibrationstester som använde sittbrunnsstolar monterade på vibrationsbord för att överföra "brun ton" och andra frekvenser direkt till människorna. Mycket höga effektnivåer på 160 dB uppnåddes vid frekvenser på 2-3 Hz. Testfrekvenser varierade från 0,5 Hz till 40 Hz. Testpersoner drabbades av motorataxi, illamående, synstörningar, försämrad uppgiftsprestanda och kommunikationssvårigheter. Dessa tester antas av forskare vara kärnan i den nuvarande urbana myten .

Rapporten "En granskning av publicerad forskning om lågfrekvent buller och dess effekter" innehåller en lång lista med forskning om exponering för hög nivå av infraljud bland människor och djur. Till exempel 1972 utsatte Borredon 42 unga män för toner vid 7,5 Hz vid 130 dB i 50 minuter. Denna exponering orsakade inga andra negativa effekter än rapporterad dåsighet och en liten blodtrycksökning. År 1975 utsatte Slarve och Johnson fyra manliga personer för infraljud vid frekvenser från 1 till 20 Hz, i åtta minuter i taget, vid nivåer upp till 144 dB SPL. Det fanns inga tecken på någon skadlig effekt annat än obehag i mellanörat. Tester av högintensivt infraljud på djur resulterade i mätbara förändringar, såsom cellförändringar och brustna blodkärlsväggar.

I februari 2005 använde tv-serien MythBusters tolv Meyer Sound 700-HP subwoofers- en modell och mängd som har använts för stora rockkonserter . Normalt driftfrekvensintervall för den valda subwoofermodellen var 28 Hz till 150 Hz men de 12 kapslingarna på MythBusters hade speciellt modifierats för djupare basförlängning. Roger Schwenke och John Meyer ledde Meyer Sound -teamet för att ta fram en speciell testrigg som skulle producera mycket höga ljudnivåer vid infrasoniska frekvenser. Subwoofernas tuningsportar blockerades och deras ingångskort ändrades. De modifierade skåpen placerades i en öppen ringkonfiguration: fyra staplar med tre subwoofers vardera. Testsignaler genererades av en SIM 3 -ljudanalysator, med dess programvara modifierad för att producera infrasoniska toner. En Brüel & Kjaer ljudnivå analysator, som matas med ett försvagat signal från en modell 4189 mätning mikrofon , visas och registreras ljudtrycksnivåer. Värdarna på showen försökte en serie av frekvenser så låga som 5 Hz, uppnår en nivå på 120  decibel av ljudtryck vid 9 Hz och upp till 153 dB vid frekvenser över 20 Hz, men de ryktas fysiologiska effekterna uteblev. Testpersonerna rapporterade alla viss fysisk ångest och andfåddhet, till och med en liten mängd illamående, men detta avfärdades av värdarna och noterade att ljudet vid den frekvensen och intensiteten flyttar luft snabbt in och ut ur lungorna . Showen förklarade att den bruna sedelmyten var "busted".

Infraljud är en hypotes om dödsorsaken för de nio ryska vandrare som hittades döda vid Dyatlovpasset (nära Sibirien) 1959 .

Infrasonic 17 Hz ton experiment

Den 31 maj 2003 höll en grupp brittiska forskare ett massexperiment, där de utsatte cirka 700 personer för musik spänd med mjuka 17 Hz sinusvågor spelade på en nivå som beskrivs som "nära hörselkanten", producerad av en extra lång -slag subwoofer monterad två tredjedelar av vägen från slutet av ett sju meter långt avloppsrör av plast. Den experimentella konserten (med titeln Infrasonic ) ägde rum i Purcell -rummet under två föreställningar, var och en bestående av fyra musikstycken. Två av styckena i varje konsert hade 17 Hz toner spelade under.

I den andra konserten byttes styckena som skulle bära en 17 Hz underton så att testresultaten inte skulle fokusera på något specifikt musikstycke. Deltagarna fick inte veta vilka bitar som inkluderade den låga nivån på 17 Hz nära infrasonisk ton. Närvaron av tonen resulterade i att ett betydande antal (22%) av de tillfrågade rapporterade att de kände sig oroliga eller sorgsna, fick frossa i ryggen eller nervösa känslor av motvilja eller rädsla.

Professor Richard Wiseman lade fram bevisen för British Association for the Advancement of Science och sade: "Dessa resultat tyder på att lågfrekvent ljud kan få människor att få ovanliga upplevelser trots att de inte medvetet kan upptäcka infraljud. Vissa forskare har föreslagit att denna ljudnivå kan vara närvarande på vissa påstådda hemsökta platser och därför få människor att ha udda känslor som de tillskriver ett spöke - våra fynd stöder dessa idéer. "

Föreslaget förhållande till spökobservationer

Psykolog Richard Wiseman från University of Hertfordshire föreslår att de udda känslor som människor tillskriver spöken kan orsakas av infrasoniska vibrationer. Vic Tandy , experimentell officer och deltidslärare vid skolan för internationella studier och juridik vid Coventry University , tillsammans med doktor Tony Lawrence från universitetets psykologiska avdelning, skrev 1998 en uppsats med namnet "Ghosts in the Machine" för Journal of den Sällskapet för psykisk forskning . Deras forskning tyder på att en infrasonisk signal på 19 Hz kan vara ansvarig för vissa spökobservationer . Tandy arbetade sent en kväll ensam i ett förment hemsökt laboratorium i Warwick , när han kände sig mycket orolig och kunde upptäcka en grå klump ur ögonvrån. När Tandy vände sig mot den grå klumpen fanns det ingenting.

Följande dag var Tandy arbetar på sin fäktning folie , med handtaget hålls i en last . Även om det inte var något som rörde det, började bladet vibrera vilt. Ytterligare undersökningar ledde till att Tandy upptäckte att fläkten i laboratoriet avgav en frekvens på 18,98 Hz, mycket nära ögonets resonansfrekvens som gavs som 18 Hz av NASA. Detta, gissade Tandy, var varför han hade sett en spöklik figur - det var, trodde han, en optisk illusion orsakad av att hans ögonbollar resonerade. Rummet var exakt en halv våglängd och skrivbordet var i mitten, vilket orsakade en stående våg som orsakade vibrationen av folien.

Tandy undersökte detta fenomen ytterligare och skrev ett papper med titeln The Ghost in the Machine . Han utförde ett antal undersökningar på olika platser som tros ha hemsökt, inklusive källaren på turistinformationsbyrån bredvid Coventry Cathedral och Edinburgh Castle .

Infraljud för detektering av kärnvapen

Infraljud är en av flera tekniker som används för att identifiera om en kärnkraftsprängning har inträffat. Ett nätverk av 60 infraljudstationer, förutom seismiska och hydroakustiska stationer, omfattar International Monitoring System (IMS) som har till uppgift att övervaka efterlevnaden av det omfattande förbudet mot nukleärtest (CTBT). IMS Infraljudsstationer består av åtta mikrobarometersensorer och rymdfilter arrangerade i en grupp som täcker ett område på cirka 1 till 9 km 2 . Rymdfiltren som används är strålande rör med inloppsportar längs deras längd, utformade för att genomsnittliga ut tryckvariationer som vindturbulens för mer exakta mätningar. Mikrobarometrarna som används är utformade för att övervaka frekvenser under cirka 20 hertz. Ljudvågor under 20 hertz har längre våglängder och absorberas inte lätt, vilket möjliggör detektion över stora avstånd.

Infraljudsvåglängder kan genereras artificiellt genom detonationer och annan mänsklig aktivitet, eller naturligt från jordbävningar, hårt väder, blixtnedslag och andra källor. Precis som rättsmedicinsk seismologi krävs algoritmer och andra filtertekniker för att analysera insamlade data och karakterisera händelser för att avgöra om en kärnkraftsprängning faktiskt har inträffat. Data överförs från varje station via säkra kommunikationslänkar för vidare analys. En digital signatur är också inbäddad i data som skickas från varje station för att verifiera om data är autentiska.

Upptäckt och mätning

NASA Langley har designat och utvecklat ett infrasoniskt detektionssystem som kan användas för att göra användbara infraljudsmätningar på en plats där det inte tidigare var möjligt. Systemet består av en elektretkondensatormikrofon PCB modell 377M06, med en 3-tums membrandiameter och en liten, kompakt vindruta. Elektretbaserad teknik erbjuder lägsta möjliga bakgrundsbrus, eftersom Johnson-brus som genereras i den stödjande elektroniken (förförstärkare) minimeras.

Mikrofonen har en hög membranöverensstämmelse med en stor bakkammarvolym, ett förpolariserat bakplan och en förförstärkare med hög impedans placerad inuti bakkammaren. Vindrutan, baserad på den höga överföringskoefficienten för infraljud genom materia, är gjord av ett material med låg akustisk impedans och har en tillräckligt tjock vägg för att säkerställa strukturell stabilitet. Polyuretanskum med nära cell har visat sig tjäna syftet väl. I det föreslagna testet kommer testparametrarna att vara känslighet, bakgrundsbrus, signalfidelitet (harmonisk distorsion) och tidsstabilitet.

Mikrofonutformningen skiljer sig från den för ett konventionellt ljudsystem genom att hänsyn tas till de särdrag hos infraljud. För det första sprids infraljud över stora avstånd genom jordens atmosfär som ett resultat av mycket låg atmosfärisk absorption och av brytningskanaler som möjliggör förökning genom flera studsar mellan jordens yta och stratosfären. En andra egenskap som har fått liten uppmärksamhet är den stora penetrationsförmågan hos infraljud genom fast material - en egenskap som används vid konstruktion och tillverkning av systemruta.

Således uppfyller systemet flera instrumentkrav som är fördelaktiga för tillämpningen av akustik: (1) en lågfrekvent mikrofon med särskilt lågt bakgrundsljud, vilket möjliggör detektering av lågnivåsignaler inom ett lågfrekvent passband; (2) en liten, kompakt vindruta som möjliggör (3) snabb utplacering av en mikrofonarray i fältet. Systemet har också ett datainsamlingssystem som tillåter realtidsdetektering, bäring och signering av en lågfrekvent källa.

The Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organization Preparatory Commission använder infraljud som en av sina övervakningstekniker, tillsammans med seismisk , hydroakustisk och atmosfärisk radionuklidövervakning . Det mest kraftfulla infraljud som hittills registrerats av övervakningssystemet genererades av Chelyabinsk meteor 2013 .

I populärkulturen

2017 års film The Sound använder infraljud som ett stort intryck.

Se även

Referenser

Anteckningar
Bibliografi

externa länkar