次声学 infrasonics
研究次声波的产生、传播、监测、识别、定位等及次声波的生物效应的学科声学的一个分支,为20世纪50年代以来迅速发展的研究领域之一。
1.发展简史
早在1886年克拉克火山爆发产生的次声波绕地球数周被接收到后,1908年西伯利亚大陨石坠落产生的次声波在英国也被完整地记录到。1962年物理学家G.C.库克所著《大气神奇的声》引起广泛的反响和关注,并进一步开展了观测和理论研究。
21世纪初,高灵敏度、极低频次声传感器研制成功以及抗干扰技术的发展和提高,观测和记录系统才日臻完善。计算机技术在次声领域的应用,能够实时确定次声波形、入射声压、传播路径的方向以及地面相速度、三维动态谱等特性。
次声的研究已括及次声波、声重力波和重力波的地面观测、传播理论、产生机制、仪器、系统设计、数据处理、电离层效应、生物效应等领域。
2.性质及类型
次声波是其频率比最低声频(约15赫)还低的声波。大部分的次声波集中在0.001 1赫的范围。它们通过大气传播,甚低频的次声波被吸收得很小。低层大气中0.1赫的平面次声波,吸收系数小于每干米分贝。因此,次声波可传播几千千米的距离而没有明显的能量损耗。次声传播远的原因是大气中存在距地面50千米和100千米的两条声道。
次声波分为自然次声波和人工次声波两种类型。前者包括流星、火山爆发、地震、气象等自然现象产生的次声波。后者是由于核爆炸、火箭发射等产生的次声波。次声波的种类和特征如表所示。
3.传播
声波在空气中传播受热传导和黏滞性的影响,声能量随传播距离的增加而衰减,这种现象叫作空气吸收。最简单的平面波的衰减
式中R是距离,p为离声源为R处的声压,是一个常数,α是吸收系数,它可近似地表示为:
式中是大气静压力,T是声波的周期。对于一个周期为10秒的次声波,代入上式可求得