次聲波
關注創建者：聲學工程師小吳 創建時間：2023-01-13
次聲波的實例教程
圖1 地聲傳感器結構圖
地聲波沿地表傳播的衰減很快，且容易因為結構物的阻擋而造成信號的減弱，不同的地質條件對其影響較大，所以若要以地聲信號作為泥石流預警的唯一依據，并不是相當理想。
2.2次聲波
泥石流次聲波具有獨特的特征。次聲波在常溫空氣中的傳播速度（約344m/s）是泥石流運動速度（5m/s~20m/s）的數十倍。另外，次聲波由于頻率低，其波長會比一般的聲波長很多，對于障礙物所造成的反射、折射、繞射等的影響并不大，具有穿透力強、受大氣和水粘滯作用衰減小、傳輸距離遠等特點，可以用來偵測不易近距離觀測的天然災害。
次聲波的聲速與可聞聲聲速大致相等，其聲速的平方與氣體的彈性絕熱模數除以密度的值成正比，即：
C2=rP/ρ （1）
其中，C為次聲波聲速（m/s），P為氣壓值（Pa），ρ為空氣密度，r為常數=1.402。
Chou 等人[4]對云南東川蔣家溝泥石流和臺灣火炎山泥石流次聲信號進行觀測和分析,指出稀性泥石流的主頻范圍為5Hz至15Hz，較粘性泥石流為5Hz至10Hz, 聲壓通常低于5Pa。并認為實際應用中需考慮風、雨等環境噪聲的干擾。
次聲傳感器一般由振動膜、極板、絕緣體和外罩組成。次聲波引起空氣擾動，導致空氣壓力、密度產生區域性變化，導致傳感器中膜片與后極板之間距離發生改變，從而引起電壓變化并輸出。次聲傳感器結構如圖2所示。
圖2 次聲傳感器結構圖
2.3地聲與次聲的特征
不同類型的泥石流具有不同特征的地聲波和次聲波，其受到漿體性質、固體顆粒級配、流速、流量等影響。
展開 通常我們所謂的低頻噪音，是指頻率分布在200Hz以下的聲波。我國對于低頻噪音的聲音頻率范圍定為20~200Hz。其中，其中對人體影響較為明顯頻率范圍是 3-50Hz 。20Hz以下的聲波我們稱為次聲波。次聲波廣泛存在于我們的生活中，通常次聲波不會給我們的生活帶來危害，但是一定強度的次聲波則具有較大的破壞性。次聲波的頻率與人體器官的固有頻率相近，比如說人體各器官的固有頻率為3～17Hz，頭部的固有頻率為8～12Hz，而腹部內臟的固有頻率為4～6Hz。當超過一定強度的次聲波作用于人體，會使人頭暈、惡心、嘔吐、喪失平衡感、精神沮喪、失去知覺，甚者內臟血管破裂而喪命。
除了20Hz以下的高聲壓級次聲波對人體有極大的危害外，高聲壓級的低頻噪聲也極具危害性。最常見的就是100Hz及其以下的寬頻帶噪聲。雖然低頻噪聲對人類生理的直接影響沒有高頻噪聲明顯，卻會對人類的健康產生深遠的影響，導致血糖，血脂中的甘油三酯、膽固醇增高，給聽覺器官帶來損傷，進而聽力衰退或喪失等，甚至會影響孕婦胎兒的神經系統的發育，造成流產或者胎兒死亡等。正常情況下，我們人耳能捕捉到的聲音范圍在20Hz～20KHz之間。
隨著年齡的增長，人耳的靈敏度下降，有一些頻段的聲音我們就逐漸無法捕捉到了。然而，一些特定的中老年人還是能夠聽到較低頻率的聲音，所以就會出現前文所述的2%的人群可以聽見嗡嗡聲。而且，在曠野的的郊區，低頻噪聲沒有城市高樓大廈的干擾吸收，傳播更加暢通無阻。
夜幕降臨后，白天許多高頻噪聲源的干擾相繼消失，這種嗡嗡的低頻噪聲就會更加明顯，這就是為什么住在郊區的居民在寂靜的夜晚更容易聽到嗡嗡聲。而且，低頻噪音發生伴隨著次聲波的存在，當超過一定能量時，就會出現上文不少受害者所述的頭痛、焦慮煩躁，失眠，精神崩潰的癥狀。
展開 非致命“聲炮”是聲波武器的一種，就象一個巨型擴音喇叭，一個中等身材的人不用彎腰就可鉆到喇叭口中，它可“發射”出2000-3000赫茲高達150分貝的強大脈沖聲波。強度在110分貝的聲音使人無法交談，130分貝的噪聲令人頭疼，150分貝的噪聲則會使人的聽覺器官遭受嚴重的損傷。在聲炮的作用下，人會失去自我控制能力和定向能力，被無名恐懼所籠罩，頭暈目眩、惡心，近距離連續作用則會導致心理障礙，甚至摧毀內臟。非致命聲炮可以分成超聲武器和次聲武器兩種。
聲炮軍艦應用
在軍事上，聲炮可以向躲在建筑物中、山洞里、叢林中的恐怖分子或敵人使用。由于這種武器并沒有聲音會發出，也不會產生什么煙霧、塵土，所以殺傷隱蔽性能極好，加上聲波的繞射能力很強，盡管敵人躲得再深，都會使其在非常痛苦的狀態下失去戰斗力。但它有一個缺點，即使用時聲波不易控制，容易傷到己方。
在武器方面分為：超聲武器和次生武器。
超聲武器：利用高能超聲波發生器，產生高頻聲波，造成強大的空氣壓力，使人產生視覺模糊、惡心等生理反應，使對方戰斗力減弱或完全喪失。
次聲武器：次聲武器就是一種能發射20赫茲以下的次聲波。次聲波是頻率為0.0001～20Hz的聲波，這個頻段通常是人耳聽不到的。由于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范圍內，一旦大功率的次聲波作用于人體，就會引起人體強烈的共振，使與其共振的器官或部位發生位移、變形、甚至破裂，進而造成損傷以至死亡的高技術武器。次聲武器具有隱蔽性強、傳播速度快、傳播距離遠、穿透力強、不污染環境、不破壞設施等特點，是世界各國軍方爭相研制的非致命武器，并將成為未來戰爭中非常重要的新概念武器。
展開 人體各部位固有頻率參考值（不同體態會有差異）
正是由于各部位固有頻率比較低的原因，次聲波對人體有很大的破壞作用，因為人體各部分的固有頻率都在次聲波的頻率范圍之內。次聲武器就是利用頻率低于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。有關部門已經做出相應規定：要求手工操作的各類機械頻率必須大于20Hz。
2.人體對振動的反應
人體對振動的敏感程度和工作方式也有很大的關系。如操作者通過他的手施加在工具或者工件上的力的大小和方向，人體暴露在振動中的面積和位置等。當頻率一定時，振動幅度越大對機體的影響越大。振動強度以人體對振動的感受程度來評價。
2.1 人體對振動的生理效應（全身振動）
全身振動生理效應
0~1Hz引起暈車；2-3Hz影響內臟器官；4~6Hz傷害脊柱......
2.2 人體對振動的舒適性反應（全身振動）
2.3 人體各部位振動響應
人體坐標定義：胸背-X，左右-Y，頭足-Z。人體Z方向最敏感頻率3-5Hz。
人體Z方向振動傳遞率
參考文獻：
《淺談共振的應用及其危害》
ISO 2631-2010（GB/T 13441）
GB/T 16441
展開 二、 聲波
把石頭扔進平靜的水面，會形成一組向四周擴散的水波，這是我們所能見到的比較直觀的"波"，空氣分子振動形成的聲波要復雜一點，它是從聲源向四周立體擴散的一組疏密波，空氣分子并不是從聲源一直跑到您的耳朵，而是在它本來的位置振動，從而引起與它相鄰的空氣分子隨之振動，聲音就是這樣從聲源很快地向外傳播的，聲音在空氣中的傳播速度是331米/秒。舉一個簡單的例子，麥浪的運動跟聲波很相似，粒子的振動方向與波的運動方向是平行的。波需要通過介質來傳播，麥浪的運動到田埂邊就自然停止了，聲波的傳播介質是空氣分子，所以，真空里聲音是不能傳播的。
三、 聲音的頻率
聲波每秒的振動次數稱為頻率，頻率在20hz~20khz之間稱為聲波；頻率大于20khz稱為超聲波；頻率小于20hz稱為次聲波。超聲波和次聲波人耳是聽不到的，地震波和海嘯都是次聲波。有些動物的耳朵比人類要靈敏得多，比如蝙蝠就能"聽到"超聲波。
世界上很少存在單一頻率的 "純音"，我們所聽到的聲音大都是各種頻率的復合音，如樂器發出的單音就是周期性的復合音，語音則是非周期性的復合音。 讓我們對聲音的頻率有一個比較直觀的概念：大鼓的"蓬蓬"聲頻率很低，大約在數十赫茲左右；人的語音頻率范圍主要在200 hz到4000 hz之間；鑼聲、鈴聲的頻率大約在2000 hz到3000 hz左右；在人類語音中，女聲比男聲頻率要高一點；童聲要比成人頻率高一點；"啊啊"聲頻率較低，"咿咿"聲頻率稍高，"嗤嗤、嘶嘶"聲頻率最高。知道這一點很有用，在實際選配中，你可以經常用來測試病人戴助聽器前后對聲音頻率的反應。
高頻和低頻是相對的，在語音范圍中，通常把1000 hz以上的區域稱為高頻區，500 hz -1000 hz的區域稱為中頻區，低于500 hz的區域稱為低頻區。
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次聲波的最新內容
微弱噪聲測試針對低幅值微弱噪聲的測量場景，如消聲室的本底噪聲測量、電子器件的工作噪聲等，可選用本底噪聲極低的傳聲器，精準捕捉微弱聲信號；
高聲級測試針對爆炸、槍聲、火箭發射等高聲級測試場景，可選用高聲壓級傳聲器，可實現 180dB 以上高聲級信號的精準測量；
極低頻 / 次聲測試針對風力發電機產生的次聲等極低頻聲波測量場景，可選用低頻響應性能優異的傳聲器，可實現 0.1Hz 以下次聲波的有效測量
還有研究說，如果發出和人體內臟固有頻率差不多的聲波，也就是頻率低于20hz的次聲波，可引起內臟共振，制作成武器，這個太可怕了。
你說每個物體都有它的固有頻率嗎？答案是肯定的。那么每個物體都有1個固有頻率嗎？答案是否定的？那是有多少個呢？
高二物理的簡諧運動，學到彈簧振子的固有頻率表達式是基于公式，一個彈簧振子只能算出一個固有頻率。
次聲波的頻譜在20赫茲以下有很大的分量。我們感覺到的不是聲音，而是壓力。次聲的評估仍處于試驗階段，目前尚未納入國際標準。
人耳能聽見的頻率范圍是20~20000Hz，低于20Hz的聲音是次聲波，高于20000Hz的聲音是超聲波。多個不同幅值和不同頻率無規律的組合在一起的聲音，就是噪聲。這里不討論噪聲和音樂的區別，畢竟張學友的歌聲也不能為所有人都喜歡；噪聲的評價是客觀的，不管女神一句“你是個好人”是賞給誰的，在我們這里都是噪聲。
2.2次聲波
泥石流次聲波具有獨特的特征。次聲波在常溫空氣中的傳播速度（約344m/s）是泥石流運動速度（5m/s~20m/s）的數十倍。另外，次聲波由于頻率低，其波長會比一般的聲波長很多，對于障礙物所造成的反射、折射、繞射等的影響并不大，具有穿透力強、受大氣和水粘滯作用衰減小、傳輸距離遠等特點，可以用來偵測不易近距離觀測的天然災害。
這里提到的聲音不僅僅是人耳能夠聽的聲音，還包括次聲波和超聲波；即頻率低于和高于人類聽覺范圍的聲波傳播。不僅如此，聲音的定義還包括在空氣以外的介質中的傳播，可以是固體中的彈性波（振動），液體中的壓力波（如水聲學），也可以是多孔材料中的組合傳播（多孔彈性波）。
人體各部位固有頻率參考值（不同體態會有差異）
正是由于各部位固有頻率比較低的原因，次聲波對人體有很大的破壞作用，因為人體各部分的固有頻率都在次聲波的頻率范圍之內。次聲武器就是利用頻率低于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。
比如，對于某個房間或者艙室模型，低頻時呈現駐波，中高頻時由于墻壁和地板多次聲波反射而呈現擴散場響應等，這些都體現在矩陣G中。
重構系統是否穩定，取決于計算矩陣G的偽逆，這可以由矩陣G的條件數來判斷。因此，重構環境、揚聲器和傳聲器的布置等，也不能太隨意，要考慮矩陣的條件數越小越好。
想要什么頻率的聲音，比如次聲波、聲波，還是超聲波，這取決于我們所施加的電場，這就是主動聲吶。當然，除了用變換的電場可以讓材料產生形變外，磁場也可以，這就是磁致伸縮效應。
潛艇相撞
不過，雖然然有了探海神器——聲吶，但核潛艇卻不會輕易使用主動聲吶。
是這樣的，核潛艇如果沒有隱蔽的優勢，那么它也就失去很大一部分價值了，你雖躲在深海，卻隨時被敵方知曉位置，要你干嘛？
次聲武器：次聲武器就是一種能發射20赫茲以下的次聲波。次聲波是頻率為0.0001～20Hz的聲波，這個頻段通常是人耳聽不到的。由于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。
