Инфразвук
К инфразвукам относят механические колебания и волны с частотами ниже 20 Гц. Нижняя граница их неопределенна. Практический интерес представляют инфразвуки с частотами в несколько герц и даже в десятые и сотые доли герца.
Источником инфразвука может быть любое тело, колеблющееся с соответствующей частотой. Поскольку частота собственных колебаний уменьшается с увеличением размеров тела, то обычно инфразвуки возникают при колебаниях, а также при быстрых перемещениях тел, имеющих большие поверхности. Они создаются, например, при резком открывании и закрывании дверей, при ударе по натянутому полотну и т.п. В природе источниками инфразвука являются грозовые разряды, обвалы, взрывы, землетрясения. Все такие источники инфразвука создают, как правило, несинусоидальные, или импульсные, затухающие колебания.
Генераторами незатухающих инфразвуковых волн служат устройства, напоминающие органные трубы или свистки. Если труба открыта с одного конца, то ее длина равна четверти установившейся в ней стоячей волны. Поскольку длина волны инфразвука велика, то и размеры трубы должны быть значительными. Например, для звука с частотой 17 Гц длина волны l = 340 (м/с)/17 с–1 = 20 м. Поэтому длина полуоткрытой трубы генератора должна быть 5 м. Мощность таких генераторов зависит от мощности протекающего через нее потока воздуха и от ее диаметра, так как чем больше диаметр трубы, тем больше ее излучающая поверхность. Свистки и трубы позволяют излучать довольно большие акустические мощности. Через милицейский свисток человек в состоянии продувать в секунду до 2 л воздуха, на что требуется примерно 4 Вт. Считая к. п. д. свистка 25%, получаем акустическую мощность 1 Вт. Такой свист в замкнутом помещении вызывает болезненные ощущения. Инфразвуковой «свисток», изготовленный в лаборатории французского ученого Гавро, имел в диаметре 1,5 м и максимальную мощность 2 кВт. При работе его даже на неполной мощности в стенах помещения появлялись трещины. Включить его на полную мощность было опасно, так как инфразвук мог разрушить здание, в котором находился «свисток».
Инфразвуки распространяются на очень большие расстояния, так как коэффициент поглощения звука уменьшается с возрастанием длины волны. Инфразвук с частотой 3 Гц, создаваемый источником мощностью 1 Вт, можно обнаружить на расстоянии до 100 км. Инфразвук от ядерного взрыва обегает весь земной шар. Обладая большой длиной волны, он огибает препятствия (деревья, здания); кроме того, он приводит в резонансные колебания твердые тела больших размеров (стены дома, двери), которые сами становятся источниками инфразвука. Все это увеличивает проникающую способность инфразвука, от которого практически нет защиты.
Инфразвук не воспринимается человеческим ухом по той причине, что вызываемые им колебания барабанной перепонки слишком медленные, и перилимфа в улитке, будучи сдавлена со стороны овального окна, успевает в течение периода колебания выровнять давление выпячиванием круглого окна. Поэтому инфразвук не может вызвать колебания волокон основной мембраны, связанных со слуховым нервом.
Действию обычного звука на человека и животных за последние годы посвящено много исследований. Однако имеющиеся на сегодняшний день сведения о биологическом действии инфразвука гораздо скуднее и во многом противоречивы. В связи с тем что инфразвук неслышим, долгое время считалось, что он биологически нейтрален, и изучения его в этом направлении не проводились. Поводом, заставившим ученых заняться исследованием биологического действия инфразвука, были наблюдения Гавро, руководителя лаборатории электроакустики в Марселе. Он заметил, что когда в одном из корпусов лаборатории работал мощный вентилятор, создававший акустические волны с частотой 7 Гц, то находившиеся в здании сотрудники чувствовали недомогание, усталость, головные боли. Для проверки был построен генератор, о котором говорилось выше. При испытании генератора исследователи ощущали сильные внутренние боли, нарушение координации движений и зрения. Оказалось, что инфразвук действует на вестибулярный аппарат, область собственных частот которого лежит в диапазоне от 2 до 20 Гц; под действием инфразвука он приходит в резонансные колебания, нарушающие его нормальную деятельность.
Инфразвук вызывает также вынужденные колебания различных органов. Каждый орган в отдельности обладает той или иной собственной частотой колебаний. Некоторые из них, такие, как печень, почки и другие, сами по себе не совершают колебательных движений, но под действием внешней периодической силы они могут войти с ней в резонанс. Так, медики обратили внимание на опасный резонанс брюшной полости, происходящий при частотах 4–8 Гц. Резонансные колебания некоторых органов ведут к раздражению различных рецепторов, передающих информацию о раздражителе в нервные центры. Таким образом, инфразвук создает рефлекторные реакции других органов и систем, и его энергия переходит в энергию биохимических процессов, характеризующих ответную реакцию всего организма на действие инфразвукового раздражителя. Эта реакция сопровождается ощущением боли, возникновением неприятных ощущений, затруднением дыхания и пр.
Особенно вредно воздействие инфразвука на такую объемную резонирующую систему, как сердце. В инфразвуковом поле достаточной мощности возникают вынужденные колебания сердечной мышцы, при резонансе их амплитуда возрастает, что может приводить к разрывам сосудов. Это подтверждается в опытах с крысами. После облучения инфразвуком с частотой 7 Гц и мощностью 170 дБ в течение 20 мин крыс забивали и у них были обнаружены расширение кровеносных сосудов и кровоизлияния. Если инфразвук находится в противофазе с собственными колебаниями сосудистой, системы, то кровообращение тормозится, а при достаточной интенсивности инфразвука сердце может остановиться.
Частоты собственных колебаний крупных органов, как правило, лежат в диапазоне от 2 до 17 Гц, что и обусловливает опасное действие инфразвука. Особенно следует отметить резонанс инфразвука с частотой 7 Гц с колебаниями a-волн мозга. Такой инфразвук даже при небольших интенсивностях вызывает расстройство органов зрения, тошноту, общую слабость. При средних мощностях (140–155 дБ) регистрируют обмороки, временную потерю зрения, а при еще больших мощностях (порядка 180 дБ) параличи, приводящие к смертельным поражениям. Некоторые исследователи указывают на психическое действие инфразвука. У облученных им людей поражаются все виды интеллектуальной деятельности, появляется чувство тревоги, страха. Такие же явления имеют место и у животных.
У человека, подвергнутого воздействию инфразвука низкой интенсивности, появляются симптомы «морской болезни», тошнота, головокружение. Появляется головная боль, повышается утомляемость, слабеет зрение.
Шум на частоте 2-15 Гц при уровне интенсивности 95 дБ приводит к возрастанию ошибки слежения за стрелочными индикаторами. Проявляется судорожное подергивание глазного яблока, нарушение функции органов равновесия.
Летчики и космонавты, подвергнутые на тренировках воздействию инфразвука, медленнее решали даже простые арифметические задачи.
Существует предположение, что различные аномалии в состоянии людей при плохой погоде, объясняемые климатическими условиями, являются на самом деле следствием воздействия инфразвуковых волн.
Так как инфразвук оказывает неблагоприятное действие на организм, то одной из задач является снижение уровня его интенсивности в жилых и производственных помещениях, в транспортных средствах.