中国大百科全书（第2版）读书笔记6863次声学

　　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。0011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，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。倘若空气吸收比单纯由黏滞性和热传导所引起的吸收大1000倍，对于周期大于10秒的次声波，在低层大气中传播时空气吸收系数小于每千米分贝，基本上可不必考虑空气吸收。
　　大气核爆炸次声波可传播很远的另一个原因是大气高20千米处存在一个低温层，形成了一个非常适宜声波传播的通道。声速随大气层的高度变化也同温度随高度有相类似的变化。由折射定律可知波的传播方向总是指向低速区的，地面和50千米高度的高温层形成了两个声音的反射面，声波被限制在这一层大气中传播距离自然遥远。
　　4。次声监测
　　测量次声波的仪器有多种，1903年探测大气波的仪器是微气压计，它是根据浮在水银上的铝锥形钟罩随大气中压力的波动而上下浮动的原理制成。已采用的核心仪器是高精度宽频带电容次声传感器。其工作原理类似于电容微音器。
　　由于电子技术的发展，传感器的灵敏度可达到测量0。1微巴的信号。而且，输出电信号也可达到每帕500毫伏的输出，能直接连接记录器、磁带记录器和模数转接器，由计算机直接进行信号处理和分析。
　　次声测量系统至少由4个次声传感器组成接收阵，以确定次声波通过该观测站时的5个基本特性，即入射声压幅度和波动、波的传播方向、水平相速度、多种振荡频率的声波能量的分布及次声出现的时间。计算机被用作阵元之间声压相关计算、次声波图的频谱分析、三维动态谱分析、定向和定位计算、水平传播速度的计算、爆炸当量的计算及提高信噪比的分析处理等。
　　次声监测系统是一套集次声波探测、模数转换、动态谱和相关分析、实时显示、定位、识别指标和分类为一体的高新技术，包括电容式次声微音器、PC机、AD和DA数据转换板及软件配置。
　　次声监测能力与本底噪声情况及当时当地的自然条件密切相关。风是最常见的噪声源。风不仅影响次声波的传播，且地面风产生的扰动噪声也影响次声波的检测。声阵设计中需考虑风干扰的背景，噪声在阵元之间不相干，而对次声信号则是相干的，次声阵可提高信噪比。圆形次声阵对接收人气声波具有良好的性能，对各种风速产生的噪声干扰有显著的抑制作用。
　　5。应用
　　大气中存在两个天然声道，次声波在声道中上下来回反射传播，利用这一特点可作为远距离的侦察手段。
　　次声技术适用于核爆炸的侦察，以其实效、可靠、经济为特长。1958年日内瓦裁军会议上列为监测手段之一。1994年列为全面禁止核试验条约中国际监测糸统四种（次声、地震、水声、放射性核素）手段之一，已在全球建立60个次声站，每个次声站由间距13千来的四元次声传感器阵加抗干扰管阵组成，配备自动数据采集并传送至国际数据中心处理，可监测地球上任何一个角落进行的千吨级大气核试验。
　　此外，次声预测灾害性天气，灾害性冰雹的监测和临近预报，预报7级以上地震，观测日环食激发声重力波，观测台风及其路径等获得成功。
　　6。生物效应
　　次声的生物效应特别是对人体的影响越来越引起科学家的重视。次声波可使人失去控制，酿成车祸、事故等各种灾难，对此许多国家都竞相开展研究。
　　摘自：《中国大百科全书（第2版）》第4册，中国大百科全书出版社，2009年