Інфразву́к (від — нижче, під) — пружні хвилі, що поширюються в рідинах, газах та твердих деформовних тілах, енергія яких зосереджена в спектральних складових із частотами нижче 20 Гц. Така назва пов'язана з тим, що часто поняття звук використовують для характеристики хвильових збурень лише в частотному діапазоні, що сприймається людським вухом (20 Гц — 20 кГц). Інфразвукові хвилі генеруються великою кількістю різних природних процесів та багатьма типами джерел, що пов'язані з людською діяльністю. Однією з характерних особливостей інфразвуку є те, що інтенсивні інфразвукові сигнали важко генерувати без супутніх звуків чутного діапазону. Ця обставина суттєво ускладнює вивчення впливу інфразвуку на живі організми з постановкою відповідних експериментів. Тому значна частина публікацій стосовно різних аспектів проблеми інфразвуку базується на експериментальних даних для так званого низькочастотного звуку (1—250 Гц)Leventhall G. A review of Publish Research on Low Frequency Noise and its Effects.Department for Enviroment, Food and Rural Affairs. May 2003, --88 p..
Розуміння того, що чутні звуки породжуються тілами, що коливаються в повітрі, є одним із найдавніших коректних уявлень людини про навколишній світ. Коли було встановлено, що людина сприймає коливання частинок повітря як звук, стало зрозуміло, що в природі існують звуки поза межами чутного частотного діапазону. Чітке кількісне визначення частотного діапазону чутного звуку (20 Гц — 20 кГц) досить умовне і є результатом усереднення експериментальних даних для різних людей. Можливість провести відповідні експериментальні дослідження мав Р. Коніг (R. Koenig, 1832—1901), у якого був набір із 154 камертонів з власними частотами в діапазоні від 16 до 21 845 ГцRossing T. D. (Ed.) Springer Handbook of Acoustics.-- Springer, 2014.--1285 p. Початок спостереження за інфразвуковими хвилями та вивчення їх характеристик можна пов'язати з виверженням вулкана Кракатау в Індонезії в 1883 році. Інфразвукова хвиля, за спостереженнями показників барометрів, чотири рази обійшла земну кулю. Оскільки, за свідченнями місцевих жителів, звук виверження було чути на відстані лише більше 3000 км, перше спостереження відкрило важливу властивість інфразвукових хвиль — екстремально низький рівень затухання при поширенні в атмосфері.
Значним стимулом для вивчення властивостей інфразвуку став вибух Сибірського метеорита в 1918 році. Наслідки цього вибуху спостерігалися на багатьох сейсмічних станціях та реєструвалися барометрами, інфразвукові коливання були зафіксовані навіть у столиці Сполучених штатів ВашингтоніPichon A.L., Blanc E., Hauchcorne A. (Eds.) Infrasound Monitoring for Atmospheric Studies.--Springer,2010. --735 p. ISBN 978-1-4020-9507-8. Оцінку потужності вибуху було виконано в роботіBen-Menachem A. Source parameters of the Sibirian explosion on June 30,1908 from analysis and synthesis signals from four stations. Physics of the Earth and Planetary Interiort, vol.11, 1975, p.1-35.. Аналіз сейсмічних даних та даних про інтенсивність інфразвуку дозволили автору оцінити силу вибуху метеорита в 12,5 Мт (мегатон) тринітротолуолу.
Історія вивчення характеристик інфразвуку та його впливу на живі істоти багата суперечливими твердженнями і публікаціями. Огляд публікацій до 2000 року приведено у звітіSnfrasound. Brif review of Toxicological Literature. Infrasonic Toxicological Summary, November 2001. https://docs.wind-watch.org/Infrasound-toxicology-summary.pdf .
Характеристики джерел інфразвуку в житті
Для характеристики природних та техногенних інфразвуків використаємо дані джерела http://ntp.niehs.nih.gov/ntp/htdocs/chem_background/exsumpdf/infrasound_508.pdf . Тут наведено великий обсяг даних про інфразвук та його біологічну дію.
Природні джерела У природі інфразвук генерується блискавками, водоспадами, океанічними хвилями, вітром, торнадо, землетрусами, вулканами, різкими змінами тиску в атмосфері. Вітрові потоки при швидкості вітру близько 100 км/год при взаємодії з перешкодами здатні генерувати інфразвук з інтенсивністю вище 100 дБ. При виверженні вулкана генеруються нестаціонарні звукові сигнали високої інтенсивності в діапазоні інфразвукових частот. В оглядовій публікаціїJ. B.Johnson, M. Ripepe Volcano infrasound. A review,Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2011, vol. 206, issues 3-4, pp.61-69 вказано на фактично виміряні величини акустичного тиску на відстані в 1 км, які перевищують 40 Па.
Джерела, що пов'язані з людською діяльністю В оточуючому середовищі інфразвук генерується наземними транспортними засобами, літаками, швидкісними суднами та багатьма іншими індустріальними засобами. Значні рівні інфразвукових збурень можуть виникати при проведенні технологічних вибухових робіт. Виробничий інфразвук виникає за рахунок тих же процесів, що і шум чутних частот. Найбільшу інтенсивність інфразвукових коливань створюють машини і механізми, що мають поверхні великих розмірів, які здійснюють низькочастотні механічні коливання (інфразвук механічного походження), чи турбулентні потоки газів і рідин (інфразвук аеро- та гідродинамічного походження). Забруднення інфразвуком навколишнього середовища виникає при експлуатації вітрових електростанцій.
Міфи стосовно властивостей інфразвуку Майже одночасно із встановленням фактів існування досить інтенсивних інфразвукових хвиль навколо цього фізичного феномену почали створюватися легенди. Як перший приклад можна вказати на легенду, пов'язану з ім'ям видатного фізика Роберта Вуда (Robert Williams Wood, 1868—1955), що стосується використання сконструйованого ним пристрою для генерації інфразвуку в театрі. Начебто згенерований інфразвук викликав бурхливу реакцію публіки, породивши відчуття незрозумілого страху. Відносно цього епізоду в житті видатного фізика є запис, зроблений його біографом Вільямом СібрукомСыбрку В. Роберт Вильямс Вуд. Современный чародей физической лаборатории.-Москва: Гостехиздат,1946. 247 с., с.151.. Справді, в 1929 році на прохання режисера театру «Лайрик» («Lyric») Д. Мілера, Р. Вуд запропонував використати інтенсивні звуки низької частоти для створення певного емоційного ефекту, що мав створити супровідний фон у п'єсі при переносі дії на 145 років назад. У залі розмістили органну трубу, довшу за звичайні. Далі цитата з опису репетиції.Тут включили «нечутну» ноту Вуда. Виник ефект подібний тому, що передує землетрусу. Скло в канделябрах старовинного «Лайрик» задзвеніло і всі вікна задрижали і хвиля страху поширилася на Шуфтсбюрі Авеню.Легенда народилася дуже просто. З характеристики ноти «нечутна» зняли лапки. Ефект зовсім не був пов'язаний з інфразвуком. Існує, навіть, легенда про те, що причиною гніву богів, що наслали всесвітній потоп, був дуже дратуючий шум, створений людьми, який заважав богам спати.
Як відмічено автором ранні публікації результатів досліджень інфразвуку до середини 1960-х років не викликали сенсацій. Однак, на його думку, через декілька років дослідження інфразвуку ввійшли в міфологічну фазу, яка продовжується й понині. Саме інтенсивний інфразвук вважається причиною катастроф, що концентруються в районі Бермудського трикутника. Великою мірою міфологізація ультразвуку, як фактора фізичного впливу на людину пов'язана з реакцією засобів масової інформації на піонерські публікації В. Гавро (V. Gavreau) наприкінці 1960-х років. У популярних текстах стверджувалося про значну небезпеку для здоров'я людини та величезну руйнівну силу інфразвуку, аж до здатності руйнувати будинки. Не дивлячись на велику кількість накопичених на сьогодні достовірних даних відносно дії інфразвуку певні омани відносно цього фактора залишаються і заразLeventhal G. Loe Frequency Noise. What we know, what we do not know and what we would like to know.Low frequency noise, vibration and fctive control. vol.28,No2,2009. pp 79-104.. У певному сенсі нову сторінку в дослідженні впливу інфразвуку на живі організми відкривають роботи, що пов'язані з дослідженням механічної дії інфразвукових коливань на функціонування клітин. Саме на такому рівні представлено аналіз проблеми виникнення вібро-акустичної хворобиAlves-Pereira M., Castelo Branco N. A. A. Vibro-acoustic desease: Biological effects of infrasound and low frequency noise explained by mechnotransduction cellular signaling. Progress in Biophysics and Molecular Biology, vol.93, 2007. pp. 256—279.
Вплив інфразвуку на живі організми
Існує величезна кількість публікацій, у яких містяться посилання на різного типу негативні наслідки від дії інфразвуку на людей. Як одна із причин таких негативних наслідків відмічається та обставина, що в інфразвукових хвилях присутні складові з частотами, що збігаються з характерними частотами (різного типу ритмами — альфа-ритм, тета-ритм та ін.), що фіксуються в електроенцефалограмах. При цьому не звертається увага на те, що йдеться про сигнали фізично різної природи — електричні та акустичні (механічні). Крім того, вказуючи на можливі прояви резонансних явищ слід мати на увазі, що для їх виникнення не достатньо лише однаковості частот (див. резонанс). Інформаційний простір наповнюється великою кількістю «страхів» відносно негативного впливу інфразвуку. Контрольовані дослідження чітко вказують на помилковість багатьох тверджень, як можна бачити з оглядуBroner N. ''The effects of low frequency noiseon people.Areview. Journal of Sound and Vibration, vol.58,No 4,1978. -p. 483—500. Відносно довгого списку можливих небезпек, серед яких вказувалось, навіть, на стимулювання росту ракових пухлин звуками з частотою 37,3 Гц, автор вказує на необхідність «строго підкреслити, що жодне із побоювань не має достатніх підстав і їх слід розглядати, як чисту спекуляцію». Водночас і автор вказаного огляду, і в багато інших публікацій вказують на суттєву роль психологічного фактора в реакції на низькочастотні звуки і вібрації. Зараз особливий інтерес до ролі цього фактору пов'язаний із дослідженнями синдрому вітрових електростанцій, при роботі яких генеруються інфразвукові хвиліChen Yuan Huang Qibai, Shi H. ''An Investigation on the Physiological and Psychological Effects of Infrasoundon Persons. Journal of Low Frequency Noise, Vibrations and Active Control, vol.23,No 1,2004. -71-76.
Поширення інфразвуку Оскільки інфразвук слабо поглинається, він розповсюджується на великі відстані та може попереджати про стихійне лихо. Здатність інфразвукових сигналів поширюватися на великі відстані в атмосфері без значного затухання була використана при створенні мережі спеціальних станцій для прийому інфразвукових хвиль, породжених ядерними вибухами. Такі станції використовувались для контролю за проведення ядерних випробувань.
Низька частота (велика довжина хвилі), низький рівень затухання зумовлюють необхідність враховувати просторові зміни в характеристиках атмосфери при аналізі поширення інфразвуку. Значний вплив на швидкість поширення інфразвукових збурень має також вітер. Тому така традиційна для характеристики звукових процесів величина, як швидкість звуку має розглядатися для інфразвуку як функція координат і часу. Для характеристики інфразвуку пропонують використовувати величину ефективної швидкості, що визначається формулою
.
Для атмосфери приймають . Температура визначається в кельвінах. Швидкість вітру враховується скалярним добутком вектора , що визначає вибраний напрям, з вектором швидкості вітру .
Фізіологічна дія інфразвуку