Infrazvuk - Infrasound

Infrazvuková pole na infrazvukové monitorovací stanici v Qaanaaq , Grónsko

Infrazvuk , někdy označovaný jako nízkofrekvenční zvuk , popisuje zvukové vlny s frekvencí pod spodní hranicí slyšitelnosti člověka (obecně 20 Hz). Se snižující se frekvencí se sluch postupně stává méně citlivým, takže aby lidé vnímali infrazvuk, musí být akustický tlak dostatečně vysoký. Ucho je primární orgán pro vnímání nízkého zvuku, ale při vyšších intenzitách je možné cítit infrazvukové vibrace v různých částech těla.

Studium takových zvukových vln je někdy označováno jako infrasonika , pokrývající zvuky pod 20 Hz až 0,1 Hz (a zřídka až 0,001 Hz). Lidé používají tento frekvenční rozsah pro sledování zemětřesení a sopky, mapování skalních a ropných útvarů pod zemí a také v balistokardiografii a seismokardiografii ke studiu mechaniky srdce.

Infrasound se vyznačuje schopností obejít překážky s malým rozptylem . V hudbě mohou metody akustických vlnovodů , jako jsou například velké varhany nebo, pro reprodukci, exotické konstrukce reproduktorů, jako je přenosová linka , rotační basový reproduktor nebo tradiční konstrukce subwooferu, produkovat nízkofrekvenční zvuky, včetně blízkého infrazvuku. Subwoofery určené k produkci infrazvuku jsou schopné reprodukce zvuku o oktávu nebo více nižší než u většiny komerčně dostupných subwooferů a často jsou přibližně 10krát větší.

Definice

Americký národní normalizační institut definuje infrazvuk jako „zvuk na frekvencích nižších než 20 Hz“.

Historie a studium

Tyto státy dohody poprvé použit infrazvuk lokalizovat dělostřelectvo . Jedním z průkopníků infrazvukového výzkumu byl francouzský vědec Vladimir Gavreau . Jeho zájem o infrazvukové vlny se poprvé objevil v jeho laboratoři v šedesátých letech minulého století, kdy on a jeho laboratorní asistenti zažili třesoucí se laboratorní vybavení a bolest v ušních bubíncích , ale jeho mikrofony nezjistily slyšitelný zvuk. Došel k závěru, že jde o infrazvuk způsobený velkým systémem ventilátorů a potrubí, a brzy se pustil do přípravy testů v laboratořích. Jedním z jeho experimentů byla infrazvuková píšťalka, nadměrná varhany .

Prameny

Patent na konstrukci skříně reproduktoru s dvojitým basovým reflexem určenou k produkci infrazvukových frekvencí v rozmezí od 5 do 25 hertzů, z nichž tradiční konstrukce subwooferu nejsou snadno schopna.

Infrazvuk může pocházet z přírodních i umělých zdrojů:

  • Komunikace zvířete: velryby , sloni , hroši , nosorožci , žirafy , okapi , pávy a aligátoři jsou známy pouze infrazvuk komunikovat přes vzdálenosti, až stovky mil v případě velryb . Zejména bylo prokázáno , že nosorožec sumaterský produkuje zvuky s frekvencemi až 3 Hz, které mají podobnost s písní keporkaků . Řev z tygr obsahuje infrazvuku o 18 Hz a nižší, a předení z koček je údajně pokrývají rozsah 20 až 50 Hz. Rovněž bylo navrženo, aby migrující ptáci používali jako navigační pomůcku přirozeně generovaný infrazvuk ze zdrojů, jako je turbulentní proudění vzduchu přes pohoří . Infrazvuk může být také použit pro dálkovou komunikaci, zvláště dobře zdokumentovaný u baleenových velryb (viz Vokalizace velryb ) a afrických slonů . Frekvence zvuků velryb se může pohybovat od 10 Hz do 31 kHz a frekvence volání slonů od 15 Hz do 35 Hz. Oba mohou být extrémně hlasité (kolem 117  dB ), což umožňuje komunikaci na mnoho kilometrů, s možným maximálním dosahem kolem 10 km (6 mi) pro slony a potenciálně stovky nebo tisíce kilometrů pro některé velryby. Sloni také produkují infrazvukové vlny, které procházejí pevnou zemí a jsou vnímány jinými stády pomocí nohou, i když je mohou dělit stovky kilometrů. Tato volání lze použít ke koordinaci pohybu stád a umožnění páření slonů, aby se navzájem našli.
  • Lidští zpěváci: někteří vokalisté, včetně Tima Storms , mohou vytvářet poznámky v infrazvukovém rozsahu.

Reakce zvířat

Předpokládalo se, že některá zvířata vnímají infrazvukové vlny procházející zemí způsobené přírodními katastrofami a používají je jako včasné varování. Příkladem je zemětřesení v Indickém oceánu v roce 2004 a tsunami . Údajně zvířata z oblasti uprchla několik hodin předtím, než skutečné tsunami zasáhlo břehy Asie. Není jisté, že je to příčina; někteří navrhli, že to mohlo být vliv elektromagnetických vln , a ne infrazvukových vln, které přiměly tato zvířata k útěku.

Výzkum v roce 2013, který provedl Jon Hagstrum z amerického geologického průzkumu, naznačuje, že poštovní holubi používají k navigaci nízkofrekvenční infrazvuk.

Lidské reakce

20 Hz je považováno za normální nízkofrekvenční limit lidského sluchu. Když jsou čisté sinusové vlny reprodukovány za ideálních podmínek a při velmi vysoké hlasitosti, bude lidský posluchač schopen identifikovat tóny až 12 Hz. Pod 10 Hz je možné vnímat jednotlivé cykly zvuku spolu s pocitem tlaku na ušní bubínky.

Zhruba od 1 000 Hz klesá dynamický rozsah sluchové soustavy s klesající frekvencí. Tato komprese je pozorovatelná na konturách se stejnou hlasitostí a znamená to, že i mírné zvýšení úrovně může změnit vnímanou hlasitost ze sotva slyšitelnou na hlasitou. V kombinaci s přirozeným rozšířením prahových hodnot v rámci populace může mít účinek to, že velmi nízkofrekvenční zvuk, který je pro některé lidi neslyšitelný, může být pro jiné hlasitý.

Jedna studie naznačila, že infrazvuk může u lidí vyvolávat pocity bázně nebo strachu. Bylo také naznačeno, že jelikož není vědomě vnímán, může v lidech vyvolat matný pocit, že se dějí zvláštní nebo nadpřirozené události.

Vědec pracující na Auditorské neurovědecké laboratoři Sydney University hlásí stále více důkazů, že infrazvuk může ovlivnit nervový systém některých lidí stimulací vestibulárního systému , a to na zvířecích modelech ukázalo účinek podobný mořské nemoci .

Ve výzkumu provedeném v roce 2006 se zaměřením na dopad zvukových emisí z větrných turbín na blízkou populaci byl vnímaný infrazvuk spojen s účinky, jako je obtěžování nebo únava, v závislosti na jeho intenzitě, přičemž jen málo důkazů podporovalo fyziologické efekty infrazvuku pod lidským vnímáním práh. Pozdější studie však spojily neslyšitelný infrazvuk s účinky, jako je plnost, tlak nebo tinnitus, a připustily možnost, že by to mohlo narušit spánek. Jiné studie také naznačily asociace mezi hladinami hluku v turbínách a poruchami spánku hlášenými v blízké populaci, přičemž dodávají, že příspěvek infrazvuku k tomuto efektu stále není zcela pochopen.

Ve studii na univerzitě Ibaraki v Japonsku vědci uvedli, že testy EEG ukázaly, že infrazvuk produkovaný větrnými turbínami byl „považován za obtěžování techniků, kteří pracují v blízkosti moderní velké větrné turbíny“.

Jürgen Altmann z Dortmundské technické univerzity , odborník na zvukové zbraně , uvedl, že neexistují spolehlivé důkazy o nevolnosti a zvracení způsobených infrazvukem.

Vysoká úroveň hlasitosti na koncertech ze subwooferových soustav byla citována jako příčina kolapsu plic u jedinců, kteří jsou velmi blízko k subwooferům, zvláště u kuřáků, kteří jsou obzvláště vysokí a hubení.

V září 2009 londýnský student Tom Reid zemřel na syndrom náhlé arytmické smrti (SADS) poté, co si stěžoval, že mu „hlasité basové tóny“ „lezou na srdce“. Vyšetřování zaznamenalo verdikt přirozených příčin, ačkoli někteří odborníci poznamenali, že basy mohly působit jako spoušť.

Vzduch je velmi neefektivní médium pro přenos nízkofrekvenčních vibrací z měniče do lidského těla. Mechanické spojení zdroje vibrací s lidským tělem však představuje potenciálně nebezpečnou kombinaci. Americký vesmírný program, znepokojený škodlivými účinky letu rakety na astronauty, nařídil vibrační testy, které využívaly sedadla v kokpitu umístěná na vibračních stolech k přenosu „hnědé noty“ a dalších frekvencí přímo na lidské subjekty. Bylo dosaženo velmi vysokých úrovní výkonu 160 dB při frekvencích 2–3 Hz. Testovací frekvence se pohybovaly od 0,5 Hz do 40 Hz. Testované osoby trpěly motorickou ataxií, nevolností, poruchami zraku, sníženým výkonem úkolů a obtížemi v komunikaci. Tyto testy vědci předpokládají, že jsou jádrem současného městského mýtu .

Zpráva „Přehled publikovaného výzkumu nízkofrekvenčního šumu a jeho účinků“ obsahuje dlouhý seznam výzkumů o vystavení infrazvuku na vysoké úrovni mezi lidmi a zvířaty. Například v roce 1972 vystavil Borredon 42 mladých mužů tónům při 7,5 Hz při 130 dB po dobu 50 minut. Tato expozice nezpůsobila žádné jiné nežádoucí účinky než hlášenou ospalost a mírné zvýšení krevního tlaku. V roce 1975 vystavili Slarve a Johnson čtyři mužské subjekty infrazvuku na frekvencích od 1 do 20 Hz, po dobu osmi minut najednou, na úrovních až 144 dB SPL. Kromě nepohodlí středního ucha nebyl prokázán žádný škodlivý účinek. Testy vysoce intenzivního infrazvuku na zvířatech vedly k měřitelným změnám, jako jsou buněčné změny a prasklé stěny cév.

V únoru 2005 televizní show MythBusters použila dvanáct subwooferů Meyer Sound 700 HP -model a množství, které bylo použito pro velké rockové koncerty. Normální rozsah provozních frekvencí vybraného modelu subwooferu byl 28 Hz až 150 Hz, ale 12 skříní v MythBusters bylo speciálně upraveno pro hlubší rozšíření basů. Roger Schwenke a John Meyer řídili tým Meyer Sound při navrhování speciálního testovacího zařízení, které by produkovalo velmi vysoké hladiny zvuku na infrazvukových frekvencích. Tuningové porty subwooferů byly zablokovány a jejich vstupní karty byly změněny. Upravené skříně byly umístěny v konfiguraci s otevřeným prstencem: čtyři stohy po třech subwooferech. Testovací signály byly generovány zvukovým analyzátorem SIM 3, jehož software byl upraven tak, aby produkoval infrazvukové tóny. Brüel & Kjær analyzátor hladin akustického tlaku, přivádí utlumeným signál od modelu 4189 měřicím mikrofonem , zobrazeno a zaznamenal hladiny akustického tlaku. Hostitelé v pořadu pokusil sérii nižší frekvenci 5 Hz a může dosáhnout úrovně 120  decibelů z akustického tlaku v 9 Hz a až 153 dB při frekvencích vyšších než 20 Hz, ale rumored fyziologické účinky neuskutečnil. Testované subjekty všechny uváděly určitou fyzickou úzkost a dušnost, dokonce i malé množství nevolnosti, ale to hostitelé odmítli s tím, že zvuk při této frekvenci a intenzitě rychle pohybuje vzduchem dovnitř a ven z plic . Přehlídka prohlásila mýtus o hnědé notě za „zničený“.

Infrazvuk je jednou z předpokládaných příčin smrti devíti ruských turistů, kteří byli nalezeni mrtví v průsmyku Dyatlov (poblíž Sibiře) v roce 1959 .

Infrasonic 17 Hz tónový experiment

Dne 31. května 2003, skupina vědců ve Spojeném království konají masové experiment, kde se vystavené některé 700 lidí na hudbu s příměsí měkkými 17Hz sine vlny hrál na úrovni, popsal jako „blízko okraje sluchu“, produkoval extra-long -subwoofer namontovaný do dvou třetin cesty od konce sedm metrů dlouhé plastové kanalizační trubky. Experimentální koncert (nazvaný Infrasonic ) se konal v Purcell Room v průběhu dvou představení, každé se skládalo ze čtyř hudebních skladeb. Dva kusy na každém koncertě měly pod sebou odehrané 17 Hz tóny.

Na druhém koncertě byly prohozeny skladby, které měly nést 17 Hz podtón, aby se výsledky testů nezaměřily na žádnou konkrétní hudební skladbu. Účastníkům nebylo řečeno, které kusy obsahují nízkoúrovňový 17 Hz blízký infrazvukový tón. Přítomnost tónu vyústila ve značný počet (22%) respondentů, kteří uvedli pocit neklidu nebo smutku, zimnici po zádech nebo nervózní pocity odporu nebo strachu.

Profesor Richard Wiseman při předkládání důkazů Britské asociaci pro rozvoj vědy řekl: „Tyto výsledky naznačují, že nízkofrekvenční zvuk může způsobit, že lidé budou mít neobvyklé zážitky, přestože nemohou vědomě detekovat infrazvuk. Někteří vědci navrhli, aby tato úroveň zvuku může být přítomen na některých údajně strašidelných místech, a tak vyvolává v lidech zvláštní pocity , které připisují duchům - naše zjištění tyto myšlenky podporují. “

Navrhovaný vztah k pozorování duchů

Psycholog Richard Wiseman z University of Hertfordshire naznačuje, že podivné pocity, které lidé přisuzují duchům, mohou být způsobeny infrazvukovými vibracemi. Vic Tandy , experimentální důstojník a přednášející na částečný úvazek na škole mezinárodních studií a práva na Coventry University , spolu s Dr. Tony Lawrencem z katedry psychologie univerzity, napsal v roce 1998 článek s názvem „Ghosts in the Machine“ pro Journal of společnost pro okultní výzkum . Jejich výzkum naznačil, že za některá pozorování duchů může infrazvukový signál 19 Hz . Tandy pracovala jednu noc sama pozdě v údajně strašidelné laboratoři ve Warwicku , když cítil velkou úzkost a koutkem oka detekoval šedou skvrnu. Když se Tandy otočila čelem k šedé skvrně, nebylo nic.

Následující den Tandy pracovala na své šermířské fólii s držadlem drženým ve svěráku . Přestože se ho nic nedotýkalo, čepel začala divoce vibrovat. Další vyšetřování vedlo Tandy ke zjištění, že odsávací ventilátor v laboratoři vyzařoval frekvenci 18,98 Hz, velmi blízkou rezonanční frekvenci oka udávané NASA jako 18 Hz. To, domníval se Tandy, bylo důvodem, proč viděl přízračnou postavu - byl to, jak věřil, optický klam způsobený rezonancí jeho očních bulv. Místnost byla přesně polovina vlnové délky a stůl byl uprostřed, což způsobilo stojatou vlnu, která způsobila vibrace fólie.

Tandy tento jev dále zkoumala a napsala článek s názvem The Ghost in the Machine . Provedl řadu vyšetřování na různých místech, o nichž se věří, že jsou strašidelná, včetně suterénu turistického informačního úřadu vedle katedrály v Coventry a hradu v Edinburghu .

Infrazvuk pro detekci jaderné detonace

Infrazvuk je jednou z několika technik používaných k identifikaci, zda došlo k jaderné detonaci. Síť 60 infrazvukových stanic, kromě seismických a hydroakustických stanic, zahrnuje Mezinárodní monitorovací systém (IMS), který má za úkol monitorovat dodržování Smlouvy o úplném zákazu jaderných zkoušek (CTBT). Stanice IMS Infrasound se skládají z osmi mikrobarometrických senzorů a vesmírných filtrů uspořádaných v poli pokrývajícím plochu přibližně 1 až 9 km 2 . Použité vesmírné filtry jsou vyzařovací potrubí se vstupními otvory po celé délce, navržené tak, aby průměrovaly změny tlaku, jako jsou turbulence větru, pro přesnější měření. Použité mikrobarometry jsou určeny ke sledování frekvencí pod přibližně 20 hertzů. Zvukové vlny pod 20 hertzů mají delší vlnové délky a nejsou snadno absorbovány, což umožňuje detekci na velké vzdálenosti.

Infračervené vlnové délky mohou být generovány uměle detonacemi a jinou lidskou činností, nebo přirozeně ze zemětřesení, nepříznivého počasí, blesků a dalších zdrojů. Stejně jako forenzní seismologie jsou k analýze shromážděných dat a charakterizaci událostí vyžadovány algoritmy a další filtrační techniky, aby se zjistilo, zda skutečně došlo k jaderné detonaci. Data jsou přenášena z každé stanice prostřednictvím zabezpečených komunikačních linek pro další analýzu. Do dat odesílaných z každé stanice je také vložen digitální podpis pro ověření, zda jsou data autentická.

Detekce a měření

NASA Langley navrhla a vyvinula infrazvukový detekční systém, který lze použít k provádění užitečných infrazvukových měření na místě, kde to dříve nebylo možné. Systém obsahuje elektretový kondenzátorový mikrofon s plošnými spoji, model 377M06, s průměrem membrány 3 palce a malým kompaktním čelním sklem. Technologie založená na elektretu nabízí nejnižší možný šum na pozadí, protože šum Johnson generovaný v podpůrné elektronice (předzesilovači) je minimalizován.

Mikrofon má vysokou shodu s membránou s velkým objemem zadní komory, předpolarizovanou zadní desku a předzesilovač s vysokou impedancí umístěný uvnitř zadní komory. Čelní sklo, založené na vysokém koeficientu přenosu infrazvuku skrz hmotu, je vyrobeno z materiálu s nízkou akustickou impedancí a má dostatečně silnou stěnu, která zajišťuje strukturální stabilitu. Bylo zjištěno, že polyuretanová pěna s uzavřenými buňkami dobře slouží svému účelu. V navrhovaném testu budou testovacími parametry citlivost, šum pozadí, věrnost signálu (harmonické zkreslení) a časová stabilita.

Konstrukce mikrofonu se liší od konvenčního audio systému v tom, že jsou zohledněny zvláštní vlastnosti infrazvuku. Za prvé, infrazvuk se šíří na velké vzdálenosti zemskou atmosférou v důsledku velmi nízké atmosférické absorpce a refrakčního potrubí, které umožňuje šíření prostřednictvím více odrazů mezi zemským povrchem a stratosférou. Druhou vlastností, které byla věnována malá pozornost, je skvělá schopnost průniku infrazvuku pevnou hmotou - vlastnost využívaná při návrhu a výrobě čelních skel systému.

Systém tedy splňuje několik požadavků na instrumentaci výhodných pro aplikaci akustiky: (1) nízkofrekvenční mikrofon se zvláště nízkým šumem pozadí, který umožňuje detekci nízkoúrovňových signálů v nízkofrekvenčním propustném pásmu; (2) malé, kompaktní čelní sklo, které umožňuje (3) rychlé nasazení mikrofonního pole v terénu. Systém je také vybaven systémem sběru dat, který umožňuje detekci v reálném čase, sledování a podpis nízkofrekvenčního zdroje.

Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty Organisation Přípravná komise využívá infrazvuk jako jednu ze svých monitorovacích technologií, spolu s seismické , hydroakustické , a atmosférické radionuklidů monitorování. Doposud nejhlasitější infrazvuk zaznamenaný monitorovacím systémem byl vytvořen Čeljabinským meteorem z roku 2013 .

V populární kultuře

Film The Sound 2017 používá infrazvuk jako hlavní dějový prvek.

Viz také

Reference

Poznámky
Bibliografie

externí odkazy