次声学

  • A+
所属分类:声学科普

次声学是研究次声波在媒质中的产生、传播和接收及其效应和应用的科学。次声是频率低于可听声频率范围的声,它的频率范围大致为1/10000Hz~20Hz。

次声学的发展历史

早在19世纪,人们就已记录到了自然界中一些偶发事件(如大火山爆发或流星爆炸)所产生的次声波。其中最著名是1883年8月27日,印度尼西亚的喀拉喀托火山突然爆发,它产生的次声波传播了十几万公里,当时用简单微气压计都可以记录到它。在理论方面,最早在1890年,英国物理学家瑞利就开始了大气振荡现象的研究。

次声学

第一次世界大战前后,火炮和高能炸药的出现,提供了较大的声源,促进了对次声在大气中传播现象的了解。在20世纪20年代还进行了高层大气的温度和风对次声传播影响的研究,并建立了探测高层大气的简单声学方法,为此还研制了灵敏度更高的微气压计、热线式次声传声器。30年代发展了电容次声传声器。40年代后,利用声波在大气中的传播速度与温度的均方根成正比关系的原理,提出了火箭-榴弹次声法测定高层大气温度和风速的方法,发展了次声接收和定位的新技术。

核武器的发展对次声学的建立起了很大的推动作用,使得次声接收、抗干扰方法、定位技术、信号处理和次声传播等方面部有了很大发展。核爆炸会形成强大的次声源,它产生的次声波在大气中可以传插得非常远,次声方法曾成为探测大气中核爆炸的主要方法之一。为此建立了许多次声观察站,进行了长时期连续记录和观察。人们还发现了大气中存在许多自然次声源,对它们的发声机制和特性进行了初步的了解。

现在知道的次声源有:火山爆发、流星、极光、电离层扰动、地震、晴空湍流、海啸、台风、雷暴、龙卷风、雷电等。认识并利用次声方法来预测它们的活动规律,已成为近代次声学研究的重要课题。

长周期的次声波在电离层中传播,使电离层受到扰动,这种以声重力波方式传播的次声波成为高空大气研究中非常活跃的课题之一。

次声学的基本内容

次声在大气中的传播具有衰减小并受波导和重力影响等特点。

声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,相应的吸收系数与频率的二次方成正比。由于次声的频率很低,所以大气对次声波的吸收系数很小。此外,湍流的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。

大气温度密度和风速随高度具有不均匀分布的特性,使得次声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20公里左右出现一个极小值;之后,又开始随高度的增加,气温上升,在50公里左右气温再次降低,在80公里左右形成第二个极小值;然后复又升高。

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20公里高度极小值附近的大气层称为大气下声道,高度80公里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。

发表评论

:?: :razz: :sad: :evil: :!: :smile: :oops: :grin: :eek: :shock: :???: :cool: :lol: :mad: :twisted: :roll: :wink: :idea: :arrow: :neutral: :cry: :mrgreen: