次声波简介

　　次声波又称亚声波，是一种人耳听不到的声波，频率范围为10^-4Hz～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。2×10⁴Hz～5×10⁸Hz的声波称为超声波，5×10⁸Hz～10¹⁰Hz的声波称为特超声波，而10¹²Hz～10¹⁴Hz则是分子热运动的范畴。目前，整个声学研究的频率范围跨越10¹⁶，是物理学各分支里少有的。

一、次声波的产生

　　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。

二、次声波的性质

　　1、易衍射

　　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。

　　2、频率低

　　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。

　　3、能量衰减小

　　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。

　　4、穿透能力强

　　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。

三、次声波的传播

　　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ZX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。

四、次声波对人体的危害

　　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，并将刺激传到人体神经系统相关部位，引起一系列功能和形态改变，Z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Z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。

五、次声波的用途

　　次声波应用于军事：

　　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chao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。

　　次声波应用于灾害预报：

　　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。

　　次声波应用于地质勘探：

　　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。

　　次声波应用于海事：

　　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dan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。

　　次声波应用于医学：

　　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。

　　次声波应用于气象：

　　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Z先突破人脑活动禁区的学科。