頻率小于20 Hz的聲波叫做次聲波。次聲波不容易衰減，不易被水和空氣吸收。而且由于次聲波的波長很長，因此能繞開某些大型障礙物發(fā)生衍射。例如在1883年8月，南蘇門答臘島和爪哇島之間的克拉卡托火山爆發(fā)，產(chǎn)生的次聲波繞地球三圈，全長十多萬公里，歷時(shí)108小時(shí)。1961年，蘇聯(lián)在北極圈內(nèi)新地島進(jìn)行核試驗(yàn)激起的次聲波繞地球轉(zhuǎn)了5圈。7000 Hz的聲波用一張紙即可阻擋，而7 Hz的次聲波可以穿透十幾米厚的鋼筋混凝土。地震或核爆炸所產(chǎn)生的次聲波可將岸上的房屋摧毀。次聲如果和周圍物體發(fā)生共振，能放出相當(dāng)大的能量。如4 Hz～8 Hz的次聲能在人的腹腔里產(chǎn)生共振，可使心臟出現(xiàn)強(qiáng)烈共振和肺壁受損，危險(xiǎn)時(shí)可致人死亡。
圖1 火山爆發(fā)可產(chǎn)生次聲波
次聲波雖然我們聽不到、看不見，但在我們生活的環(huán)境里卻無處不在。如何去了解并測(cè)量這些次聲波呢？就需要用到專門的次聲測(cè)量傳聲器，次聲傳聲器就是能夠采集20 Hz以下的次聲波的傳聲器，目前它的種類很多，常見的有：電容式、波紋管膜盒型、光纖型等。其中以電容式的體積小，靈敏度高，頻率響應(yīng)好，可以直接與記錄器或信號(hào)實(shí)時(shí)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器聯(lián)接，使用方便。
隨著社會(huì)的發(fā)展與科學(xué)的進(jìn)步，次聲傳聲器的應(yīng)用也越來越廣泛。次聲傳聲器主要可以用在以下幾方面：
在自然預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。其中像地震、海嘯、風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)等很多自然現(xiàn)象都會(huì)產(chǎn)生次聲波。因此利用次聲傳聲器探測(cè)這些自然現(xiàn)象所發(fā)出的次聲波，便可以有效預(yù)測(cè)自然災(zāi)害事件。例如海底地震會(huì)引發(fā)海嘯，其引發(fā)的海嘯產(chǎn)生的海浪巨大，能量也十分可觀，在海水隨著地震推進(jìn)的過程中會(huì)不斷向外輻射出低頻長波的次聲波，通過聲音的傳播特性可以了解到，次聲波在水中的傳播速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于在空氣中的傳播速度，因此只要及時(shí)探測(cè)到水中的次聲波，便可以爭(zhēng)取在災(zāi)難來臨前的寶貴時(shí)間，讓人們有效撤離災(zāi)區(qū)。
圖2 海嘯可產(chǎn)生次聲波
地下資源勘探中的應(yīng)用。資源勘探人員往往會(huì)在土地表面進(jìn)行定點(diǎn)引爆，再用次聲傳聲器對(duì)爆炸產(chǎn)生的次聲波進(jìn)行檢測(cè)，從而可以對(duì)地下礦產(chǎn)資源的分布以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行探測(cè)。另外，在開發(fā)石油過程中，利用次聲波可對(duì)儲(chǔ)油層進(jìn)行勘探，從而降低原油中的水油比例，提高油田的開采率，這些勘探過程都離不開次聲傳聲器的應(yīng)用。
圖3 次聲傳聲器可應(yīng)用于地下勘探
在工業(yè)領(lǐng)域的機(jī)器故障監(jiān)測(cè)。在工廠里，如果機(jī)器中的零件的間隙不斷改變，超過了一定的限度，就會(huì)產(chǎn)生附加的振動(dòng)而發(fā)生一定頻率的次聲波。這種次聲波，人耳雖然聽不見，但可以用次聲傳聲器來“收聽”。因此工人可利用次聲傳聲器來檢查機(jī)器的故障以及零件的磨損情況。
圖4 次聲傳聲器可用于機(jī)器故障檢測(cè)
在軍事上的應(yīng)用。核武器的發(fā)展對(duì)次聲學(xué)的建立起了很大的推動(dòng)作用，使得對(duì)次聲接收、抗干擾方法、定位技術(shù)、信號(hào)處理和傳播等方面的研究都有了很大的發(fā)展，次聲傳聲器也逐漸成為軍方聲學(xué)測(cè)量中必不可少的一部分。
圖5 次聲傳聲器也可應(yīng)用于軍事偵察
為了滿足客戶需要，杭州星空游戲儀器有限公司研制了AWA14424L聲壓型次聲測(cè)試傳聲器和AWA14423L自由場(chǎng)型次聲測(cè)試傳聲器。它們都是電容式預(yù)極化測(cè)試傳聲器，前者采用前均壓型結(jié)構(gòu)，后者采用后均壓型結(jié)構(gòu)。經(jīng)中國計(jì)量科學(xué)研究院校準(zhǔn)測(cè)試，它們的頻率響應(yīng)測(cè)試結(jié)果如圖8和圖9。可以看出AWA14424L聲壓型次聲測(cè)試傳聲器的低頻頻響可以到0.2 Hz（-3 dB），AWA14423L自由場(chǎng)型次聲測(cè)試傳聲器的低頻頻響可以到0.125 Hz（-3 dB）。
圖6 次聲傳聲器外形圖
圖7 次聲傳聲器連同前置放大器
圖8 AWA14424L次聲測(cè)試傳聲器頻率響應(yīng)測(cè)試結(jié)果
圖9 AWA14423L次聲測(cè)試傳聲器頻率頻響測(cè)試結(jié)果
表1 AWA14424L及AWA14423L性能參數(shù)
型號(hào) | 類別 | 極化電壓（V） | 靈敏度級(jí) （dB，以1V/Pa為參考） | 頻率范圍 （Hz） | 動(dòng)態(tài)范圍 （dB） | 溫度穩(wěn)定性（dB/℃） | 90%RH試驗(yàn)驗(yàn)時(shí)絕緣電阻 （Ω） |
AWA14424L | 壓力場(chǎng) | 0 | -31.5±2 | 0.2～16000 | 24～153 | ±0.015 | ≥1010 |
AWA14423L | 自由場(chǎng) | 0 | -26±1.5 | 0.125～20000 | 17～140 | ±0.015 | ≥1010
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今年9月份，中國計(jì)量大學(xué)利用星空游戲次聲波傳聲器進(jìn)行錢塘江大潮次聲波實(shí)景測(cè)量。錢塘江大潮來臨之際，會(huì)發(fā)出不同頻率的聲波，其中含有人耳聽不到的次聲成分。杭州星空游戲儀器有限公司提供了專門的次聲傳感器和配套設(shè)備，幫助科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行潮水的空氣聲測(cè)量及聲信號(hào)的采集。
圖10 星空游戲次聲波傳聲器助力于錢江大潮次聲波測(cè)量
次聲在聲學(xué)范圍內(nèi)還是一個(gè)比較新的領(lǐng)域，它不僅用于探測(cè)氣象、地震、預(yù)報(bào)臺(tái)風(fēng)、海嘯，而且也用于軍事偵察。所以對(duì)次聲波的產(chǎn)生、傳播、接收、影響和應(yīng)用的研究，已導(dǎo)致現(xiàn)代聲學(xué)的一個(gè)新分支的形成，這就是次聲學(xué)。相信星空游戲公司的這兩款新型次聲測(cè)試傳聲器，能給廣大用戶在這一新領(lǐng)域里面提供一定幫助。
