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次声波简介

发布时间:2019-06-20 14:06 来源:未知 编辑:admin

  Hz~20Hz。在大自然的许多活动中,我们都可以感觉到它的存在。人类可闻声波的频率范围为20Hz~20000Hz,可是现代声学研究的声的频率范围不断向高端和低端扩展。2×10

  在自然界中,次声波到处都有。蝴蝶飞舞时,由于其翅膀振动很慢,它发出的就是次声波,人在挥手时也会产生次声波,不过其强度较小。许多自然现象都能发出次声波,如雷电、龙卷风、台风、海啸、地震、磁暴、火山爆发、陨石落地等,就连流星以及极光等也可发出次声波。

  我们每个人的心脏,除了大家熟悉的脉动之外,也可发出频率为1.2Hz左右的次声波;人的肺也同样如此,它在呼吸的同时,也会发出频率在0.25Hz-0.3Hz的次声波。此外,人类的许多活动,如火箭的发射、核实验、超音速飞机的飞行、人工爆破、机器的运转、桥梁的振动、奔驰的汽车等都会产生相当强的次声波。

  我们知道,发生明显衍射的条件是孔或障碍物的宽度比波长小很多或相差不大。由于次声波频率低、波长长,很容易发生衍射现象,它在传播过程中,不能被一般的障碍物挡住。在某些情况下,次声波还能轻松绕过庞大的建筑物和山峦。

  次声波的频率很低,在0.0001~20Hz之间,声波在大气中传播的衰减主要是由分子吸收、热传导和粘滞效应引起的。此外,湍流作用也会引起次声波的衰减,但是它们的影响都很小,通常可略去不计。大气对次声波的吸收系数也很小,因而其穿透力极强。

  我们知道声波在传播过程中,频率越高,其能量衰减越快,传播距离也就越短。次声波是一种振动频率极低的声波,在空气中传播时由于各种物质对它的吸收作用很小,所以能量消耗极小,往往在传播数万乃至数十万千米之后仍未见有明显衰减。因此无论是在地面、空中还是水下均能传播很远。例如1883年,印尼克拉长托火山爆发产生的次声波绕地球3圈之多;1961年苏联在北极圈进行了一次1500万吨当量的核爆炸试验,产生的次声波绕地球转了35圈。

  次声波不仅来源广、传播远,而且具有很强的穿透能力,可以穿透建筑物、掩蔽所、坦克和潜艇等障碍物。7000Hz的声波用一张纸即可隔挡,而7Hz的次声波可以穿透十几米厚的钢筋混凝土。高空大气湍流产生的次声波能折断万吨巨轮上的桅杆;地震或核爆炸所激发的次声波能摧毁高大的建筑物;海啸带来的次声波可将岸上的房屋毁坏。实验表明,当次声波穿过厚厚的墙壁时,强度无明显减弱,次声波要穿透人体自然更是相当容易。

  大气温度、密度和风速随高度具有不均匀分布的特性,使次声波在大气中传播时出现“影区”、聚焦和波导等现象。

  当高度增加时,气温逐渐降低,在20km左右出现一个极小值;之后气温又开始随高度的增加而上升,在50km左右气温再次降低,在80km左右形成第二个极小值;然后又升高。大气次声波导现象与这种温度分布有密切关系,声波主要沿着温度极小值所形成的通道(称为声道)传播,通常将20km高度极小值附近的大气层称为大气下声道,高度80km附近的大气层称为大气上声道。

  次声波在大气中传播时,可以同时受到两个声道作用的影响。在距离声源100~200km处,次声信号很弱,这样的区域通常称为影区。在某种大气温度分布条件下,经过声道传输次声波聚集在某一区域,这一区域称为聚焦区。

  次声在大气中的传播也会受到风的影响,在顺风和逆风时差别很大:顺风时,声线较集中于低层大气;逆风时,产生较大的影区。不同频率的次声在大气声道中传播速度不相同,产生频散现象,这使不同地点测得的次声波的波形各不相同。

  大气密度随高度增加而递减,如果次声波波长很长(例如有几十千米),一个波长范围内的大气密度已有显著变化。当大气媒质在声波作用下受到压缩时,其重心较周围媒质提高,因而除受弹性恢复力作用外,还受重力作用。反之,当它在声波作用下膨胀时,附加重力将使它恢复到平衡状态。所以长周期次声波,除受弹性力作用外,还有附加重力作用,这时次声波通常被称为声重力波。

  声重力波在大气中的传播,理论上可以看作一些简谐波的叠加,基本上可分为声分支和重力分支。其在大气中传播都具有频散现象。由于重力分支主要能量在地面附近传播,地面附近温度较高,因此传播速度较大。

  人体各器官固有的振动频率称为人体阿尔法节律,这种频率在3~17Hz之间,如头部为8~12Hz、胸腔为4~6Hz、心脏为5Hz、腹腔为6~9Hz。当来自外界的次声波与人体自身固有频率相吻合时,肌肉及内脏器官会产生共振,并将刺激传到人体中枢神经系统相关部位,引起一系列功能和形态改变,最终影响组织分子结构、生物氧化和能量代谢过程,从而产生危害。

  当次声波达到一定程度时,人会产生恐惧、恶心、眩晕等不适症状。其中5Hz左右的次声波危害最大,可引起神经错乱、大脑损伤、视觉模糊、血压升高、四肢麻木,甚至五脏破裂。人之所以会晕车、晕船,也是由于机器振动、空气和海浪互相摩擦发出的次声波引起的。次声波对人体的伤害还与其声强有关。

  通常人耳鼓膜能承受的声波强度是20~80dB(分贝),一旦强度超过这个界限,就会对健康产生危害。科学家研究后普遍认为,次声强度在140dB左右时,即使作用时间较短也会引起人体内脏器官机能改变;当次声强度上升到150dB时,则会引起人体内某些器官产生病变;如次声强度再度升高,不仅会产生生理病理方面的明显变化,还会导致伤亡。因此150dB的声强级被定为人体承受次声的安全极限。

  1968年的一个傍晚,一些正在田间操作和享用晚餐的法国农民突然失去知觉,几十秒后死亡。原因是16km外马赛附近的法国国防部次声试验所进行次声武器试验时,不慎将次声波泄漏出军事工程之外。

  次声波武器是一种通过发出与人体一些器官固有频率相同的超强声波,与人体器官产生共振,使人感到恶心、呕吐、难受,失去平衡感和方向感,继而失去战斗力的一种武器。

  次声在传播过程中无声、无光亮,不易被敌方觉察,因而次声武器隐蔽性好,再加上它有很强的穿透性能,对隐藏在车辆或工事中的敌人也具有良好的软杀伤效果。因此在未来中低强度局部战争以及维和、平暴等非战争行动中,次声波武器有着广泛的应用前景。

  通过研究自然现象中次声波的特性和产生机制,可以更深入地认识其特性和规律。

  由于次声波在传播过程中能量衰减少,往往在传播数万乃至数十万千米之后仍未见明显衰减,传播距离远、速度快、穿透能力强,所以可以及早地探测地震、火山喷发,预报台风、海啸等各种自然灾害。许多灾害性现象如火山喷发、台风和海啸等在发生前可能会辐射出次声波,因此利用这些前兆现象有可能预测灾害事件。

  地质工作者在地面上有计划地定点爆破,用爆炸时所发出的强大次声波穿透地层,可获得地下构造的信息,探测地层深处的矿藏。

  当无线电呼救信号在海难救援中失灵时,遇难的海员只需将深水炸弹投入海洋,爆炸生成的次声波能在几分钟之内将求援信号送向远方,叩响“水中听音器”,救助人员即可迅速赶到海难现场进行救护。

  次声波还可帮助医生诊断病情,医生用特殊的次声波接收器“收听”人体器官发出的次声波,可以确诊疾病的位置。

  次声在大气中传播时,很容易受到大气媒质的影响,它与大气中的风和温度分布等有密切联系。因此可以通过测定自然或人工产生的次声波在大气中传播特性,探测某些大规模气象的性质和规律。这种方法的优点在于可以对大范围大气进行连续不断的探测和监视。

  次声波在声学范围内还是一个比较新的领域,它不仅用于探测气象、地震、预报台风、海啸,而且也用于军事侦察。所以对次声波的产生、传播、接收、影响和应用的研究,已导致现代声学的一个新分支的形成,这就是次声学。有人预计,近代声学不断深入到人的思维和大脑活动,很有可能,声学是人类最先突破人脑活动禁区的学科。

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