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次聲(Infrasound)是頻率低於20Hz的聲音。次聲學是研究次聲波在媒質中的產生、傳播和接收及其效應和應用的科學。自然界和人類活動中廣泛存在著次聲波,人們正是通過次聲波引發的破壞現象逐步認識它的神奇威力的包括1883年,印尼的克拉托火山大爆發,巨大的噴發激起強大的次聲波,它繞了地球3周,在遠離火山幾萬千米的觀測站測到了這次次聲波。

1簡介

湍流的作用會引起次聲波的衰減,但是它們的影響都很小,通常可略去不計。由於 次聲的頻率很低,所以大氣對次聲波的吸收係數很小,因而其穿透力極強,可傳播至極遠處而能量衰減很小。10Hz以下的次聲波可以跨山越洋,傳播數千千米以遠。1883年夏季,印度尼西亞蘇門答臘和爪哇之間的喀拉喀托火山發生了一次震驚全球的火山爆發,產生的次聲波曾繞地球轉了3圈,歷時108小時。1986年1月29日0時38分,美國太空梭"挑戰者"號升空爆炸,產生的次聲波歷時12小時53分鐘。通常的隔音吸音方法對次聲波的特
神經型次聲武器

  神經型次聲武器

強穿透力作用極微,而7赫茲的次聲波用一堵厚牆也擋不住、次聲波可以穿透十幾米厚的鋼筋混凝土。
由於人體各部位都存在細微而有節奏的脈動,這種脈動頻率一般為2~16Hz,如內臟為4~6Hz,頭部為8~12Hz等。人體的這些固有頻率正好在次聲波的頻率範圍內,一旦大功率的次聲波作用於人體,就會引起人體強烈的共振,從而造成極大的傷害。談到共振的破壞力,可能不少讀者都知道在19世紀的歐洲,曾多次發生過士兵齊步過橋引發橋體共振,使大橋倒塌的悲劇。堅固的大橋都可以毀於共振,何況血肉之軀呢!次聲武器就是利用頻率低於20Hz的次聲波與人體發生共振,使共振的器官或部位發生位移和變形而造成人體損傷以至死亡的一種武器。
自然界和人類活動中廣泛存在著次聲波,人們正是通過次聲波引發的破壞現象逐步認識它的神奇威力的:1883年,印尼的克拉托火山大爆發,巨大的噴發激起強大的次聲波,它繞了地球3周,在遠離火山幾萬千米的觀測站測到了這次次聲波,這是世界上首次記錄的次聲波;1948年,一艘名為「烏蘭格梅奇號」的荷蘭貨船,在通過馬六甲海峽時,突然遇到海上風暴,當救助人員趕到時,船上所有人員都莫名其妙
次聲
地死了。后經科學家們調查,才發現造成這場海難的罪魁是風暴與海面驚濤引起的次聲波。有人把神秘莫測的百慕大三角區發生的悲劇也歸咎於該地區的次聲波。
為了深入了解人體究竟能承受多強的次聲波,人們曾用與人體忍受力相近的狗、猴子和狒狒做試驗,結果表明:狗在172dB的高強次聲作用下,出現明顯的呼吸困難,有的甚至停止了呼吸,猴子和狒狒的呼吸次數也明顯降低;當聲壓級達到185~195dB時,在不長的時間內,被試動物全部死亡。經反覆研究,科學家們普遍認為,次聲波強度在140dB左右,即使作用時間較短也會引起人體內臟器官機能方面的改變,當上升到150dB時,則會引起人體內某些器官的病變,如次聲強度再升高,不僅會有生理病理方面的明顯變化,甚至會導致人身傷亡。因此把150dB的聲壓級定為人體承受次聲的安全極限。
實例
早在第一次世界大戰時期,德軍發動了一艘軍艦在海上巡邏,基本上一巡邏就是幾周。有一次發生了意外,在基地與該軍艦通話的時候,沒有任何人來接聽與回答,這引起了基地的擔心,於是派出了幾十艘小潛艇去查看。當這批小潛艇到達軍艦巡邏的海域時,發現海上風平浪靜,但當他們登上軍艦后,卻發現了海員們的屍體,一個個都倒在甲板上,臉上的表情極其痛苦,身上又沒有任何的傷痕,於是他們將屍體帶回去解剖,發現死去的海員體內的內臟全部破裂。
幾十年之後,物理學家發現了真正的元兇——次聲波,當時事發時海底發生了強烈的地震,由於人耳的聽覺範圍在20Hz~20000Hz所以聽不見地震所產生的次聲波,又由於次聲波的破壞力極大,將海員們的內臟震碎,使其死亡。

2產生特徵

聚焦區
大氣溫度密度和風速隨高度具有不均勻分佈的特性,使得次聲在大氣中傳播時出現「影區」、聚焦和波導等現象。當高度增加時,氣溫逐漸降低,在20公里左右出現一個極小值;之後,又開始隨高度的增加,氣溫上升,在50公里左右氣溫再次降低,在80公里左右形成第二個極小值;然後又升高。大氣次聲波導現象與這種溫度分佈有密切關係,聲波主要沿著溫度極小值所形成的通道(稱為聲道)傳播,通常將20公里高度極小值附近的大氣層稱為大氣下聲道,高度80公里附近的大氣層稱為大氣上聲道。次聲波在大氣中傳播時,可以同時受到兩個聲道作用的影響。在距離聲源100 ~200公里處,次聲信號很弱,通常將這樣的區域稱為影區。在某種大氣溫度分佈條件下,經過聲道傳輸次聲波聚集在某一區域,這一區域稱它為聚焦區。
分類
研製的次聲波武器主要有兩類:一是神經型次聲波武器,它的振蕩頻率同人類大腦的阿爾法節律(8~12赫)極為相近,產生共振時能強烈刺激大腦,使人神經錯亂,癲狂不止;另一類是內臟器官型次聲波武器,其振蕩頻率與人體內臟器官的固有振蕩頻率相近,可使人的五臟六腑產生強烈共振,破壞人的平衡感和方向感,使人噁心、嘔吐及劇烈不適而失去戰鬥力。次聲波還有滲透性強的特點,次聲波炸彈一旦命中目標,轉瞬之間,在方圓十幾千米的地面上,所有的人將統統受到傷害。次聲波可穿透15米厚的混凝土和坦克裝甲鋼板,即使人員躲進地鐵、防空洞或坦克、裝甲車輛內也不能倖免。次聲波彈和中子彈一樣,只殺傷生
次聲
物而不摧毀建築物,但它的殺傷威力卻大大超過中子彈。為預防劫機事件,美國研製出一種次聲波槍。這種新型聲波武器可以發射「聲波子彈」,即集束聲波。威力強大的集束聲波能夠使劫機分子暫時失去行動能力,從而阻止劫機事件的發生。但這種聲波不會對飛機本身造成絲毫損害。美國新增加的空中警察將配備這種新型聲波槍。

3影響應用

風對次聲的影響
風也會對次聲在大氣中的傳播產生很大的影響。次聲的傳播在順風和逆風時差別很大:順風時,聲線較集中於低層大氣;逆風時,產生較大的影區。不同頻率的次聲在大氣聲道中傳播速度不相同,產生頻散現象,這使得在不同地點測得次聲波的波形各不相同。
大氣的密度隨高度增加而遞減,如果次聲波的波長很大,例如有幾十公里長,這時,在一個波長的範圍內,大氣密度已經產生顯著的變化了。當大氣媒質在聲波的作用下受到壓縮時,它的重心較周圍媒質提高,這時除了彈性恢復力作用外,它還受重力的作用。反之,當它在聲波作用下膨脹時,也有附加重力作用使它恢復到平衡狀態。所以長周期的次聲波,除了彈性力作用外,還附加有重力的作用,這種情況下,次聲波通常稱為聲重力波。聲重力波在大氣中傳播時,在理論上可以看作是一些簡正波的疊加。基本上可分為聲分支和重力分支。它們在大氣中傳播都具有頻散現象。由於重力分支主要能量在地面附近傳播。相應地面附近溫度較高,因此傳播速度較大。
應用
早在第二次世界大戰前,次聲已應用於探測火炮的位置,可是直到50年代,它在其他方面的應用問題才開始被人們注意,它的應用前景很廣闊,大致可分為下列幾個方面:
1.通過研究自然現象產生的次聲波的特性和產生機制,更深入地認識這些現象的特性和規律。例如人們利用測定極光產生次聲波的特性來研究極光恬動的規律等。
2.利用接收到的被測聲源所輻射出的次聲波,探測它的位置、大小和其他特性,例如通過接收核爆炸、火箭發射火炮或颱風所產生的次聲波去探測這些次聲源的有關參量。
3.預測自然災害性事件,許多災害性現象如火山噴發、龍捲風和雷暴等在發生前可能會輻射出次聲波,因此有可能利用這些前兆現象預測災害事件。
4.次聲在大氣中傳播時,很容易受到大氣媒質的影響,它與大氣中風和溫度分佈等有密切的聯繫。因此可以通過測定自然或人工產生的次聲波在大氣中傳播特性的測定,可以探測某些大規模氣象的性質和規律。這種方法的優點在於可以對大範圍大氣進行連續不斷的探測和監視。
5.通過測定次聲波與大氣中其他波動的相互作用的結果,探測這些活動特性。例如在電離層中次聲波的作用使電波傳播受到行進性干擾。可以通過測定次聲波的特性,更進一步揭示電離層擾動的規律。同樣,通過測定聲波與重力波或其他波動的作用,可以研究這些波動的活動規律。
6.人和其他生物不僅能夠對次聲產生某種反應,而且他(它)們的某些器官也會發出微弱的次聲,因此可以利用測定這些次聲波的特性來了解人體或其他生物相應器官的活動情況。
7.次聲波武器即一種由高能放大器驅動特製揚聲器發射大功率20赫以下的低頻聲波即次聲波的武器裝置,一般由次聲波發生器、動力裝置和控制系統組成。
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