Infrasound - Infrasound

Matrizes de infra-som na estação de monitoramento de infra-som em Qaanaaq , Groenlândia

O infra-som , às vezes chamado de som de baixa frequência , descreve ondas sonoras com uma frequência abaixo do limite inferior da audibilidade humana (geralmente 20 Hz). A audição torna-se gradualmente menos sensível à medida que a frequência diminui, portanto, para os humanos perceberem o infra- som , a pressão do som deve ser suficientemente alta. O ouvido é o principal órgão de detecção de sons graves, mas em intensidades mais altas é possível sentir as vibrações infra-sonoras em várias partes do corpo.

O estudo de tais ondas sonoras às vezes é referido como infra-sônico , abrangendo sons abaixo de 20 Hz até 0,1 Hz (e raramente até 0,001 Hz). As pessoas usam essa faixa de frequência para monitorar terremotos e vulcões, mapear formações rochosas e de petróleo abaixo da terra e também em balistocardiografia e sismocardiografia para estudar a mecânica do coração.

O infra-som é caracterizado por uma habilidade de contornar obstáculos com pouca dissipação . Na música, os métodos de guia de onda acústica , como um grande órgão de tubos ou, para reprodução, designs de alto-falantes exóticos, como linha de transmissão , woofer rotativo ou designs de subwoofer tradicionais , podem produzir sons de baixa frequência, incluindo quase infra-som. Os subwoofers projetados para produzir infra-sons são capazes de reproduzir o som uma oitava ou mais abaixo da maioria dos subwoofers disponíveis no mercado e geralmente são cerca de 10 vezes maiores.

Definição

O infra-som é definido pelo American National Standards Institute como "som em frequências menores que 20 Hz".

História e estudo

Os Aliados da Primeira Guerra Mundial usaram o infra-som pela primeira vez para localizar a artilharia . Um dos pioneiros na pesquisa infra- sônica foi o cientista francês Vladimir Gavreau . Seu interesse pelas ondas infra-sônicas surgiu em seu laboratório durante a década de 1960, quando ele e seus assistentes de laboratório experimentaram tremores no equipamento de laboratório e dor nos tímpanos , mas seus microfones não detectavam sons audíveis. Ele concluiu que era um infra-som causado por um grande ventilador e sistema de dutos, e logo começou a trabalhar preparando os testes nos laboratórios. Um de seus experimentos foi um apito infra-sônico, um tubo de órgão gigante .

Fontes

Patente para um projeto de caixa de alto-falante reflexo de contrabaixo destinado a produzir frequências infra-sônicas que variam de 5 a 25 hertz, das quais projetos de subwoofer tradicionais não são prontamente capazes.

O infra-som pode resultar de fontes naturais e artificiais:

  • Comunicação animal: baleias , elefantes , hipopótamos , rinocerontes , girafas , okapis , pavões e crocodilos são conhecidos por usar infra-sons para se comunicarem a distâncias - até centenas de quilômetros no caso das baleias . Em particular, o rinoceronte de Sumatra produz sons com frequências tão baixas quanto 3 Hz que têm semelhanças com o canto da baleia jubarte . O rugido do tigre contém infra-som de 18 Hz e inferior, e o ronronar dos felinos cobre uma faixa de 20 a 50 Hz. Também foi sugerido que as aves migratórias usam o infra-som gerado naturalmente, a partir de fontes como o fluxo de ar turbulento sobre cadeias de montanhas, como um auxílio à navegação . O infra-som também pode ser usado para comunicação de longa distância, especialmente bem documentado em baleias de barbatanas (veja a vocalização de baleias ) e elefantes africanos . A frequência dos sons das baleias de barbatanas pode variar de 10 Hz a 31 kHz e a dos elefantes de 15 Hz a 35 Hz. Ambos podem ser extremamente altos (cerca de 117  dB ), permitindo a comunicação por muitos quilômetros, com um alcance máximo possível de cerca de 10 km (6 mi) para elefantes e potencialmente centenas ou milhares de quilômetros para algumas baleias. Os elefantes também produzem ondas infra-sonoras que viajam através de solo sólido e são detectadas por outros rebanhos usando seus pés, embora possam estar separados por centenas de quilômetros. Essas chamadas podem ser usadas para coordenar o movimento dos rebanhos e permitir que os elefantes se acasalem .
  • Cantores humanos: alguns vocalistas, incluindo Tim Storms , podem produzir notas na faixa do infra-som.

Reação animal

Acredita-se que alguns animais percebam as ondas infra-sônicas que atravessam a Terra, causadas por desastres naturais, e as usam como um alerta precoce. Um exemplo disso é o terremoto e tsunami no Oceano Índico em 2004 . Foi relatado que animais fugiram da área horas antes do verdadeiro tsunami atingir as costas da Ásia. Não se sabe ao certo se esta é a causa; alguns sugeriram que pode ter sido a influência de ondas eletromagnéticas , e não de ondas infra-sônicas, que levou esses animais a fugir.

Uma pesquisa realizada em 2013 por Jon Hagstrum, do US Geological Survey, sugere que os pombos - correio usam infra-sons de baixa frequência para navegar.

Reações humanas

20 Hz é considerado o limite normal de baixa frequência da audição humana. Quando ondas senoidais puras são reproduzidas em condições ideais e em volume muito alto, um ouvinte humano será capaz de identificar tons tão baixos quanto 12 Hz. Abaixo de 10 Hz é possível perceber os ciclos únicos do som, juntamente com uma sensação de pressão nos tímpanos.

A partir de cerca de 1000 Hz, a faixa dinâmica do sistema auditivo diminui com a diminuição da frequência. Essa compressão é observável nos contornos do nível de volume igual e implica que mesmo um ligeiro aumento no nível pode alterar o volume percebido de quase inaudível para alto. Combinado com a propagação natural dos limiares dentro de uma população, seu efeito pode ser que um som de frequência muito baixa que é inaudível para algumas pessoas pode ser alto para outras.

Um estudo sugeriu que o infra-som pode causar sentimentos de admiração ou medo em humanos. Também foi sugerido que, uma vez que não é percebido conscientemente, pode fazer as pessoas sentirem vagamente que eventos estranhos ou sobrenaturais estão ocorrendo.

Um cientista que trabalha no Laboratório de Neurociência Auditiva da Universidade de Sydney relata evidências crescentes de que o infra-som pode afetar o sistema nervoso de algumas pessoas ao estimular o sistema vestibular , e isso mostrou em modelos animais um efeito semelhante ao enjoo do mar .

Em pesquisa conduzida em 2006 com foco no impacto das emissões sonoras de turbinas eólicas na população próxima, o infra-som percebido foi associado a efeitos como incômodo ou fadiga, dependendo de sua intensidade, com poucas evidências apoiando os efeitos fisiológicos do infra-som abaixo da percepção humana limiar. Estudos posteriores, no entanto, ligaram o infra-som inaudível a efeitos como plenitude, pressão ou zumbido, e reconheceram a possibilidade de perturbar o sono. Outros estudos também sugeriram associações entre os níveis de ruído nas turbinas e distúrbios do sono autorrelatados na população próxima, acrescentando que a contribuição do infra-som para esse efeito ainda não é totalmente compreendida.

Em um estudo da Universidade Ibaraki, no Japão, pesquisadores disseram que testes de EEG mostraram que o infra-som produzido por turbinas eólicas foi "considerado um aborrecimento para os técnicos que trabalham perto de uma moderna turbina eólica de grande escala".

Jürgen Altmann, da Universidade de Tecnologia de Dortmund , um especialista em armas sônicas , disse que não há evidências confiáveis ​​de náusea e vômito causados ​​por infra-som.

Altos níveis de volume em shows de matrizes de subwoofer foram citados como causadores de colapso pulmonar em indivíduos que estão muito próximos dos subwoofers, especialmente para fumantes que são particularmente altos e magros.

Em setembro de 2009, o estudante londrino Tom Reid morreu de síndrome da morte arrítmica repentina (SADS) após reclamar que "notas de baixo altas" estavam "atingindo seu coração". O inquérito registrou um veredicto de causas naturais, embora alguns especialistas comentassem que o baixo poderia ter atuado como um gatilho.

O ar é um meio muito ineficiente para transferir vibração de baixa frequência de um transdutor para o corpo humano. A conexão mecânica da fonte de vibração ao corpo humano, entretanto, fornece uma combinação potencialmente perigosa. O programa espacial dos EUA, preocupado com os efeitos nocivos do voo de foguetes sobre os astronautas, ordenou testes de vibração que usaram assentos de cockpit montados em mesas de vibração para transferir "nota marrom" e outras frequências diretamente para os seres humanos. Níveis de potência muito altos de 160 dB foram alcançados em frequências de 2-3 Hz. As frequências de teste variaram de 0,5 Hz a 40 Hz. Os assuntos de teste sofreram ataxia motora, náuseas, distúrbios visuais, desempenho degradado de tarefas e dificuldades de comunicação. Esses testes são assumidos pelos pesquisadores como o núcleo do mito urbano atual .

O relatório "Uma revisão da pesquisa publicada sobre ruído de baixa frequência e seus efeitos" contém uma longa lista de pesquisas sobre a exposição a infra-sons de alto nível entre humanos e animais. Por exemplo, em 1972, Borredon expôs 42 homens jovens a tons a 7,5 Hz a 130 dB por 50 minutos. Esta exposição não causou efeitos adversos além de sonolência relatada e um ligeiro aumento da pressão arterial. Em 1975, Slarve e Johnson expuseram quatro sujeitos do sexo masculino ao infra-som em frequências de 1 a 20 Hz, por oito minutos de cada vez, em níveis de até 144 dB NPS. Não houve evidência de qualquer efeito prejudicial além de desconforto no ouvido médio. Testes de infra-sons de alta intensidade em animais resultaram em mudanças mensuráveis, como mudanças celulares e rompimento das paredes dos vasos sanguíneos.

Em fevereiro de 2005, o programa de televisão MythBusters usou doze subwoofers Meyer Sound 700-HP - um modelo e quantidade que tem sido empregado em grandes shows de rock . A faixa de frequência de operação normal do modelo de subwoofer selecionado foi de 28 Hz a 150 Hz, mas os 12 gabinetes do MythBusters foram especialmente modificados para extensão de graves mais profundos. Roger Schwenke e John Meyer dirigiram a equipe de som da Meyer no desenvolvimento de um equipamento de teste especial que produziria níveis de som muito altos em frequências infra-sônicas. As portas de sintonia dos subwoofers foram bloqueadas e suas placas de entrada foram alteradas. Os gabinetes modificados foram posicionados em uma configuração de anel aberto: quatro pilhas de três subwoofers cada. Os sinais de teste foram gerados por um analisador de áudio SIM 3, com seu software modificado para produzir tons infra-sônicos. Um analisador de nível de som Brüel & Kjær , alimentado com um sinal atenuado de um microfone de medição modelo 4189 , exibia e registrava os níveis de pressão sonora. Os apresentadores do programa tentaram uma série de frequências tão baixas quanto 5 Hz, atingindo um nível de 120  decibéis de pressão sonora em 9 Hz e até 153 dB em frequências acima de 20 Hz, mas os rumores de efeitos fisiológicos não se materializaram. Todos os participantes do teste relataram alguma ansiedade física e falta de ar, até mesmo uma pequena quantidade de náusea, mas isso foi descartado pelos anfitriões, observando que o som naquela frequência e intensidade move o ar rapidamente para dentro e para fora dos pulmões . O programa declarou o mito da nota marrom "quebrado".

O infra-som é uma hipótese de causa de morte para os nove caminhantes russos que foram encontrados mortos na passagem de Dyatlov (perto da Sibéria) em 1959 .

Experiência de tom Infrasonic 17 Hz

Em 31 de maio de 2003, um grupo de pesquisadores do Reino Unido realizou um experimento em massa, onde expôs cerca de 700 pessoas à música misturada com ondas senoidais suaves de 17 Hz tocadas em um nível descrito como "próximo ao limite da audição", produzido por um extralongo subwoofer de curso-alto montado a dois terços do caminho a partir da extremidade de um tubo de esgoto de plástico de sete metros de comprimento. O concerto experimental (intitulado Infrasonic ) decorreu na Sala Purcell ao longo de duas apresentações, cada uma composta por quatro peças musicais. Duas das peças em cada concerto tiveram tons de 17 Hz tocados embaixo.

No segundo concerto, as peças que deveriam ter um subtom de 17 Hz foram trocadas para que os resultados do teste não se concentrassem em nenhuma peça musical específica. Os participantes não foram informados sobre quais peças incluíam o tom quase infra-sônico de 17 Hz de baixo nível. A presença do tom resultou em um número significativo (22%) de entrevistados relatando sensação de inquietação ou tristeza, calafrios na espinha ou sentimentos nervosos de repulsa ou medo.

Ao apresentar as evidências à Associação Britânica para o Avanço da Ciência , o professor Richard Wiseman disse "Esses resultados sugerem que o som de baixa frequência pode fazer com que as pessoas tenham experiências incomuns, embora não consigam detectar o infra-som conscientemente. Alguns cientistas sugeriram que esse nível de som pode estar presente em alguns locais supostamente assombrados e, assim, fazer com que as pessoas tenham sensações estranhas que atribuem a um fantasma - nossas descobertas apóiam essas idéias. "

Relação sugerida com avistamentos de fantasmas

O psicólogo Richard Wiseman, da Universidade de Hertfordshire, sugere que as estranhas sensações que as pessoas atribuem aos fantasmas podem ser causadas por vibrações infra-sônicas. Vic Tandy , oficial experimental e professor de meio período na escola de estudos internacionais e direito da Coventry University , junto com o Dr. Tony Lawrence do departamento de psicologia da universidade, escreveu em 1998 um artigo denominado "Ghosts in the Machine" para o Journal of a Society for Psychical Research . A pesquisa sugeriu que um sinal infra-sônico de 19 Hz pode ser responsável por alguns avistamentos de fantasmas . Tandy estava trabalhando tarde da noite sozinho em um laboratório supostamente assombrado em Warwick , quando ele se sentiu muito ansioso e pôde detectar uma mancha cinza com o canto do olho. Quando Tandy se virou para enfrentar a mancha cinza, não havia nada.

No dia seguinte, Tandy estava trabalhando em seu florete de esgrima , com o cabo preso em um torno . Embora não houvesse nada tocando, a lâmina começou a vibrar descontroladamente. Uma investigação posterior levou Tandy a descobrir que o exaustor do laboratório estava emitindo uma frequência de 18,98 Hz, muito próxima da frequência de ressonância do olho dada como 18 Hz pela NASA. Isso, Tandy conjecturou, era por que ele tinha visto uma figura fantasmagórica - era, ele acreditava, uma ilusão de ótica causada pela ressonância de seus globos oculares. A sala tinha exatamente metade do comprimento de onda e a mesa ficava no centro, causando uma onda estacionária que causou a vibração da folha.

Tandy investigou esse fenômeno mais a fundo e escreveu um artigo intitulado The Ghost in the Machine . Ele realizou uma série de investigações em vários locais considerados assombrados, incluindo o porão do Tourist Information Bureau próximo à Catedral de Coventry e ao Castelo de Edimburgo .

Infrasound para detecção de detonação nuclear

O infra-som é uma das várias técnicas usadas para identificar se ocorreu uma detonação nuclear. Uma rede de 60 estações infra-sônicas, além de estações sísmicas e hidroacústicas, compõe o Sistema Internacional de Monitoramento (IMS), que tem a função de monitorar o cumprimento do Tratado de Proibição Total de Testes Nucleares (CTBT). As estações IMS Infrasound consistem em oito sensores de microbarômetro e filtros espaciais dispostos em uma matriz que cobre uma área de aproximadamente 1 a 9 km 2 . Os filtros espaciais usados ​​são tubos de irradiação com portas de entrada ao longo de seu comprimento, projetados para calcular a média das variações de pressão, como a turbulência do vento, para medições mais precisas. Os microbarômetros usados ​​são projetados para monitorar frequências abaixo de aproximadamente 20 hertz. As ondas sonoras abaixo de 20 hertz têm comprimentos de onda mais longos e não são facilmente absorvidas, permitindo a detecção em grandes distâncias.

Os comprimentos de onda do infra-som podem ser gerados artificialmente por meio de detonações e outras atividades humanas, ou naturalmente de terremotos, clima severo, relâmpagos e outras fontes. Como a sismologia forense , algoritmos e outras técnicas de filtro são necessários para analisar os dados coletados e caracterizar eventos para determinar se uma detonação nuclear realmente ocorreu. Os dados são transmitidos de cada estação por meio de links de comunicação seguros para análise posterior. Uma assinatura digital também é incorporada aos dados enviados de cada estação para verificar se os dados são autênticos.

Detecção e medição

A NASA Langley projetou e desenvolveu um sistema de detecção infra-sônico que pode ser usado para fazer medições infra-sônicas úteis em um local onde antes não era possível. O sistema é composto por um microfone condensador de eletreto PCB modelo 377M06, com um diâmetro de membrana de 3 polegadas e um windscreen pequeno e compacto. A tecnologia baseada em eletreto oferece o menor ruído de fundo possível, porque o ruído Johnson gerado na eletrônica de suporte (pré-amplificador) é minimizado.

O microfone possui uma alta compatibilidade de membrana com um grande volume de backchamber, um backplane pré-polarizado e um pré-amplificador de alta impedância localizado dentro da backchamber. O pára-brisas, baseado no elevado coeficiente de transmissão do infra-som através da matéria, é constituído por um material de baixa impedância acústica e possui uma parede suficientemente espessa para garantir estabilidade estrutural. Descobriu-se que a espuma de poliuretano de célula fechada serve bem ao propósito. No teste proposto, os parâmetros de teste serão sensibilidade, ruído de fundo, fidelidade do sinal (distorção harmônica) e estabilidade temporal.

O design do microfone difere de um sistema de áudio convencional porque as características peculiares do infra-som são levadas em consideração. Primeiro, o infra-som se propaga por vastas distâncias através da atmosfera terrestre como resultado de uma absorção atmosférica muito baixa e de dutos refrativos que permitem a propagação por meio de múltiplos saltos entre a superfície da Terra e a estratosfera. Uma segunda propriedade que tem recebido pouca atenção é a grande capacidade de penetração do infra-som através da matéria sólida - propriedade utilizada no projeto e fabricação dos pára-brisas do sistema.

Assim, o sistema cumpre vários requisitos de instrumentação vantajosos para a aplicação da acústica: (1) um microfone de baixa frequência com ruído de fundo especialmente baixo, que permite a detecção de sinais de baixo nível dentro de uma banda passante de baixa frequência; (2) um pára-brisa pequeno e compacto que permite (3) uma implantação rápida de um conjunto de microfones no campo. O sistema também possui um sistema de aquisição de dados que permite a detecção em tempo real, o rumo e a assinatura de uma fonte de baixa frequência.

A Comissão Preparatória da Organização do Tratado de Proibição de Testes Nucleares Abrangentes usa infra-som como uma de suas tecnologias de monitoramento, juntamente com o monitoramento sísmico , hidroacústico e de radionuclídeos atmosféricos . O infra-som mais alto registrado até agora pelo sistema de monitoramento foi gerado pelo meteoro Chelyabinsk de 2013 .

Na cultura popular

O filme de 2017, The Sound, usa infra- som como um elemento importante da trama.

Veja também

Referências

Notas
Bibliografia

links externos