次聲波（英文：Infrasonic Wave）是指頻率小于20Hz的聲波。人耳對(duì)次聲波基本上沒有感受，但是某些動(dòng)物如大象、鯨和老虎等可以感受及使用次聲波。次聲波可以來源于自然，也可以源于人工制造。次聲波具有來源廣、穿透力強(qiáng)、傳播遠(yuǎn)、可與物體發(fā)生共振，次聲波的波長很長，能繞開大型障礙物發(fā)生衍射等特點(diǎn)。
次聲波可以用于預(yù)測(cè)自然災(zāi)害，探測(cè)氣象過程，人體器官檢查，海難救援，以及用于次聲波武器等。不過，某些頻率的次聲波由于和人體器官的振動(dòng)頻率相近甚至相同，會(huì)引起人體器官、組織的共振反應(yīng)，對(duì)人體造成傷害，甚至致人死亡。
歷史
1855年2月28日，英國船馬拉頓號(hào)（Maradon）在北大西洋遇到一艘美國徒瑞姆斯·切斯捷爾號(hào)（Thurems Chestil）船。美國船風(fēng)帆垂落，船只完好，卻空無一人。船上貨物如故，食物、淡水充足，沒有任何搏斗和暴力的跡象，找不到航海日記和羅盤。后來證實(shí)，該船無一人生還。1881年英炮艦愛倫·奧斯汀號(hào)（Alan Austin）、1921年美哈特勃斯（Hartburg）海洋救生站值班人員均發(fā)現(xiàn)過類似的無人船。科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)船員的死亡是海洋產(chǎn)生的次聲波所導(dǎo)致的。
早在19世紀(jì)，人們就記錄到自然界中一些偶發(fā)事件所發(fā)生的次聲波。1883年8月27日印度尼西亞的喀拉喀托（Krakatau）火山突然大爆發(fā)，它產(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)，這是有史以來罕見的強(qiáng)大次聲源，當(dāng)時(shí)曾用簡(jiǎn)單的微氣壓計(jì)記錄到這一事實(shí)。1908年，落到西伯利亞地區(qū)原始大森林中的一顆特大石隕石發(fā)生了大爆炸，當(dāng)時(shí)也產(chǎn)生了很強(qiáng)的次聲波，在幾萬千米遠(yuǎn)處，用氣壓計(jì)還記錄到了它的波列。但由于通常的次聲能量較小，且接收技術(shù)落后，故長期以來得不到多大進(jìn)展。
在對(duì)爆炸聲的反常傳播進(jìn)行大量試驗(yàn)的過程中，高恩（Gowan）于1929年注意到了一些當(dāng)時(shí)尚不認(rèn)識(shí)的頻率非常低的聲波，即現(xiàn)在所謂的“次聲波”。從1938年開始，加騰凱爾格（Gatenkerg）才對(duì)這種次聲波的來源和傳播進(jìn)行了較為深入研究。
從20世紀(jì)50年代起，由于高靈敏次聲波接收機(jī)的問世，以及核武器和載運(yùn)火箭等產(chǎn)生強(qiáng)大的次聲波的出現(xiàn)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)處理和傳播等次聲波理論和次聲波技術(shù)的研究都有了很大的發(fā)展，次聲波的應(yīng)用也逐漸受到人們的注意。
1966年，法國學(xué)者加夫洛（Gavreau）首先提出次聲的物理性質(zhì)及其生物學(xué)作用問題。
1972年，在巴黎國際噪聲專業(yè)會(huì)議上對(duì)次聲的定義予以了正式的確定。此后，很快引起國際上的重視和辯論，各個(gè)國家對(duì)次聲的研究就此展開。我國從20世紀(jì)70年代以來，也逐步開展了對(duì)次聲波的研究。
1996年9月24日，全面禁止核試驗(yàn)條約開放簽署后，為滿足條約的核查需要，國際監(jiān)測(cè)系統(tǒng)計(jì)劃在全球籌建60個(gè)次聲臺(tái)站，構(gòu)成全球次聲波監(jiān)測(cè)網(wǎng)，截止到2014年，已經(jīng)完成47個(gè)次聲臺(tái)站。與此同時(shí)，許多研究機(jī)構(gòu)又開始建立新的次聲臺(tái)站，開展次聲的火山監(jiān)測(cè)、地震監(jiān)測(cè)以及海嘯監(jiān)測(cè)等自然災(zāi)害預(yù)警研究等。
相關(guān)概念
聲波
聲波是機(jī)械波的一種，在彈性介質(zhì)（固體、液體、氣體）中，頻率在20～20000 Hz的機(jī)械振動(dòng)稱為聲振動(dòng)。由聲振動(dòng)激起的波動(dòng)稱為聲波。在空氣與水中傳播的聲波是縱波，在固體中傳播的聲波則可以是縱波，也可以是橫波。聲波具有一般波動(dòng)所共有的特征，能產(chǎn)生反射、折射、衍射、干涉等現(xiàn)象。
聲波可以分為3種類型：頻率范圍為20～20000 Hz 的稱為聲波（sound wave），可以引起人類的聽覺；頻率低于20 Hz的稱為次聲波（infrasonic wave），不會(huì)引起人類的聽覺；頻率高于20000 Hz的稱為超聲波（supersonic sound），不會(huì)引起人類的聽覺。
大象、鯨、河馬、霍加狓、犀牛和老虎，是通過次聲波溝通的，它們能聽到也能發(fā)出次聲波。而鴿子、珠雞、鰭魚、烏賊、章魚、魷魚、松雞等也都能聽見次聲。
聲速
聲波是機(jī)械波，根據(jù)熱力學(xué)和氣動(dòng)理論可知，聲波在理想氣體中縱波的速度為，其中：γ為熱容比，p為無聲波存在時(shí)氣體的靜壓強(qiáng)，ρ為氣體密度。例如，空氣的γ=1.4，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣中的聲速為
由理想氣體狀態(tài)方程得到，聲波在氣體中的傳播速度
聲波的傳播速度幾乎與頻率無關(guān)，但是由于與速度與介質(zhì)的密度有關(guān)，所以聲波的傳播速度對(duì)于溫度和壓強(qiáng)的變化很敏感。在同一溫度下，聲波在液體與固體中的速度大于在空氣中的速度。
聲壓
聲振動(dòng)過程出現(xiàn)的壓力增量稱為聲壓。在聲音傳播過程中，壓縮區(qū)聲壓是正的，稀疏區(qū)是負(fù)的。表示聲壓的物理量過去用微巴表示，即1微巴（μbar）=1達(dá)因/厘米2（dyn/cm2）。自1971年開始，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織決定，壓力的單位改用帕斯卡，用Pa表示，即1 Pa=1 N/m2=10 μbar，以后聲壓的單位也統(tǒng)一改用Pa。
聲壓是隨時(shí)間變化的，為明確起見，聲場(chǎng)中某一瞬時(shí)的聲壓值叫做瞬時(shí)聲壓。在一定時(shí)間間隔內(nèi)，最大的瞬時(shí)聲壓稱為峰值聲壓；瞬時(shí)聲壓對(duì)時(shí)間取均方根值稱為有效聲壓。它們之間的關(guān)系為
式中：Prms為有效聲壓；P(t)為瞬時(shí)聲壓；P(t)的最大值（峰值聲壓）用Pmax表示。
在次聲波的測(cè)量中，對(duì)聲壓瞬時(shí)值P(t)最為關(guān)心，微氣壓計(jì)隨時(shí)間測(cè)量的值就是瞬時(shí)值，瞬時(shí)值隨時(shí)間變化的曲線構(gòu)成次聲波形圖。
人耳對(duì)聲的反應(yīng)，即聲音的響應(yīng)是和聲壓的對(duì)數(shù)成比例，所以，在聲學(xué)中常以聲壓級(jí)表示聲壓的大小。聲壓的符號(hào)是SPL，單位分貝（dB），其定義為，式中：P為聲壓，常取有效值；pref是一個(gè)參考聲壓，通常取聞閾2×10-5Pa。
隨著聲波的傳播，介質(zhì)中任一點(diǎn)的聲壓將隨時(shí)間做周期性變化，可以證明聲壓的表達(dá)式為
式中：為聲壓振幅，ρ為介質(zhì)密度，A，和u分別為聲波的振幅、角頻率和波速。
聲強(qiáng)
聲強(qiáng)就是聲波的平均能流密度，即單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于聲波傳播方向單位面積的聲波能量。根據(jù)能流密度公式可知，聲強(qiáng)為，可見聲強(qiáng)與頻率和振幅的平方成正比。聲強(qiáng)的單位用W·m-2來表示。
聲強(qiáng)和聲壓的關(guān)系為，式中稱為有效聲壓。可見，聲波頻率越高，不僅聲壓振幅越大，而且有效聲壓和聲強(qiáng)也越大。
聲強(qiáng)級(jí)
聲強(qiáng)級(jí)是為了比較介質(zhì)中各點(diǎn)聲波的強(qiáng)度，規(guī)定聲強(qiáng)級(jí)的基準(zhǔn)值為，即1000 Hz的聲波能引起聽覺的最弱聲強(qiáng)。聲強(qiáng)級(jí)的單位名稱為貝爾，符號(hào)為B，因這一單位稍大，實(shí)際上通常采用貝爾的1/10，即分貝（dB）為單位，則。大于100 dB的聲音，稱之為噪聲。
頻率
從做簡(jiǎn)諧振動(dòng)的無限大平板發(fā)出的聲音中可以看到聲壓的瞬時(shí)值是簡(jiǎn)諧的，即
式中：ω為角頻率；φ為初相角。聲壓隨時(shí)間的變化如下圖所示，可以看出，聲壓從某一值開始從小變大，達(dá)到峰值后又減小，經(jīng)過零變成負(fù)值，到負(fù)的峰值后第二次上升，當(dāng)聲壓上升到和起始值相同時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間稱為周期（T）。周期的單位是s。對(duì)于簡(jiǎn)諧振蕩，每秒振蕩的周期數(shù)叫頻率（f），頻率的單位是Hz。頻率是聲音的重要物理量，不同頻率的聲音給人以不同音調(diào)的感覺，而且不同頻率的聞閾也不同。
簡(jiǎn)諧振動(dòng)并不常見，實(shí)際碰到的波形并不都是正弦的。如機(jī)器的噪聲是無規(guī)則的，產(chǎn)生語言的聲帶振動(dòng)是一些三角波，樂器的聲音多半是一些不規(guī)則波形的周期振蕩。對(duì)于這些復(fù)雜波形，可以通過頻譜分析的方法將它們分解成正弦波，也就是說這些復(fù)雜的波形可以由若干個(gè)幅度、相位和頻率都不同的正弦波合成。
波長
對(duì)于某一時(shí)刻，聲壓隨空間位置的變化也可作相應(yīng)的討論，為簡(jiǎn)化起見，設(shè)聲音只在X方向傳播，并且聲波是單頻率的正弦波，此時(shí)聲壓隨距離的變化可以寫為
此時(shí)，將聲波在空間變化一周所跨越的距離稱為波長（λ），在單位距離中有多少波長叫波數(shù)（K），下圖所示。
頻率（f），角頻率（ω），周期（T），波數(shù)（K），波長（λ），音速（C）之間的關(guān)系可綜合如下：
來源
自然聲源
現(xiàn)在已知的次聲源有：火山爆發(fā)、墜入大氣的流星、極光、電離層擾動(dòng)、地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)、雷電等。還有一些來源不明的次聲波，如氣流流過障礙物產(chǎn)生的強(qiáng)切變和山脈背風(fēng)波的破碎等均有可能產(chǎn)生次聲波。
地震次聲波
地震的震源深度比核爆炸要深，其深度有時(shí)可達(dá)數(shù)百千米。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，產(chǎn)生的次聲波主要有本地次聲波、震中次聲波和衍射次聲波。一般可觀測(cè)到兩組明顯區(qū)別的次聲波抵達(dá)，第一組為本地次聲波，地震波在地球介質(zhì)中向外傳播，當(dāng)傳播至次聲觀測(cè)臺(tái)站時(shí)，會(huì)引起次聲觀測(cè)臺(tái)站周圍的地面運(yùn)動(dòng)，而這些地面運(yùn)動(dòng)與大氣的耦合作用會(huì)在次聲觀測(cè)臺(tái)站周圍產(chǎn)生本地次聲波。第二組為震中次聲波，這兩組次聲波的振幅一般在0.01 Pa到幾Pa之間，頻帶寬度一般為0.005~10 Hz。
火山噴發(fā)產(chǎn)生的次聲波
火山噴發(fā)前監(jiān)測(cè)到的一般是地震波，噴發(fā)開始時(shí)才出現(xiàn)次聲波。火山噴發(fā)剛開始時(shí)，氣體釋放非常快，這個(gè)過程中出現(xiàn)尖銳的脈沖信號(hào)，之后則是一系列相對(duì)較低強(qiáng)度和頻率的脈沖串，火山噴發(fā)產(chǎn)生的次聲信號(hào)的形態(tài)變化很大。
強(qiáng)風(fēng)暴和臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生的次聲波
強(qiáng)風(fēng)暴次聲波這種次聲波的周期為數(shù)秒至5 min，其振幅約為0.05~0.3 Pa，持續(xù)時(shí)間為數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，次聲波的聲源并不是來自整個(gè)風(fēng)暴區(qū)，而是來自風(fēng)暴區(qū)中某一小范圍活動(dòng)中心，并且來向會(huì)突然改變。強(qiáng)風(fēng)暴中，次聲波產(chǎn)生的機(jī)制可能有三種：強(qiáng)湍流活動(dòng)、閃電時(shí)雷聲經(jīng)長距離傳播后聲能峰值由高頻向低頻轉(zhuǎn)移、穿過對(duì)流層頂?shù)膶?duì)流活動(dòng)造成大氣水平氣流的擾動(dòng)等。
臺(tái)風(fēng)中心的臺(tái)風(fēng)眼產(chǎn)生的次聲波可以傳播得很遠(yuǎn)，通常在一二千米遠(yuǎn)的地方仍可接收到這種次聲波，其周期為4~8 s左右，且在一二千米遠(yuǎn)處的聲壓一般在幾微巴數(shù)量級(jí)。此外，臺(tái)風(fēng)還產(chǎn)生另外幾種次聲波：一種是由臺(tái)風(fēng)氣旋運(yùn)動(dòng)中湍流運(yùn)動(dòng)輻射出次聲波，這種次聲波聲壓較小，頻譜較寬，在遠(yuǎn)距離不易收到；另外一種是在臺(tái)風(fēng)外圍，強(qiáng)風(fēng)與大浪的波峰沖擊形成湍流渦旋輻射出的次聲波，這種次聲波的頻率在10 Hz左右。
晴空湍流產(chǎn)生的次聲波
晴空湍流是在大氣對(duì)流層的雷暴附近、積雨云及積云塔中存在的劇烈氣流運(yùn)動(dòng)形成的渦旋。當(dāng)風(fēng)速垂直切變及密度層結(jié)達(dá)到某個(gè)臨界值時(shí)，片流被破壞，而形成的湍流。湍流產(chǎn)生次聲波的機(jī)制與一般噴氣流輻射次聲波的原理相似，都是由于空氣受到擾動(dòng)產(chǎn)生的，它產(chǎn)生的次聲波在地面上接收到的頻率大致在零點(diǎn)幾赫茲到幾赫茲之間。它嚴(yán)重影響飛機(jī)的航行，往往造成災(zāi)害性事故。
雷電次聲波
雷電也會(huì)產(chǎn)生次聲波，稱為次聲雷。次聲雷是由雷雨云的靜電機(jī)制產(chǎn)生的，當(dāng)帶電的云產(chǎn)生閃電之后，帶電的水滴互相排斥，使帶電的大氣壓力降低，形成一個(gè)負(fù)壓的聲稀疏脈沖。然后大氣中的電荷驟積，使大氣壓力超過平衡。這樣大氣產(chǎn)生一個(gè)以負(fù)壓為起點(diǎn)到正壓的聲脈沖。這種由靜電機(jī)制引起的大氣壓力振動(dòng)過程比較慢，所以產(chǎn)生次聲波。次聲雷的聲壓大致在0.5~50微巴之間。頻率在0.2~2赫之間。次聲雷向上輻射可達(dá)電離層，引起電離層的騷動(dòng)，對(duì)無線電傳播有干擾。
人工聲源
目前已知的人工次聲源大多是爆炸過程，如化學(xué)爆炸、礦爆和大型火箭發(fā)射等人工事件有時(shí)就能夠產(chǎn)生次聲波。除此之外，超音速飛機(jī)、化學(xué)爆炸、一些通風(fēng)系統(tǒng)、大型高速公路橋梁，甚至公共汽車、推土機(jī)、地鐵、電汽車、電爐熔煉等均可以產(chǎn)生不同程度的次聲。次聲常常伴有為其頻率整數(shù)倍的低頻噪聲組成的復(fù)合聲，如大型鍋爐、冷卻塔、壓縮機(jī)等人工環(huán)境中的次聲多為復(fù)合聲。
化學(xué)爆炸產(chǎn)生的次聲波
化學(xué)爆炸一般都發(fā)生在震源深度較淺的地表，其爆炸過程中物質(zhì)的化學(xué)成分發(fā)生了變化，使用化學(xué)和物理性質(zhì)不同的炸藥，其爆炸的威力和反應(yīng)速度就會(huì)存在一定的差異，化學(xué)爆炸釋放能量一般需要較長的時(shí)間和較大的空間體積，所以化學(xué)爆炸產(chǎn)生的壓力（約20 GPa）和溫度（約3000 k）與核爆炸相比較低。但是，核爆炸產(chǎn)生的高溫使爆室周圍的巖石介質(zhì)氣化，會(huì)對(duì)核爆炸能量的釋放產(chǎn)生一定的阻礙，化爆與核爆相比可較快地釋放能量。研究發(fā)現(xiàn)，核爆次聲與大型化爆激發(fā)的次聲有較大程度的相似。
飛機(jī)火箭產(chǎn)生的次聲波
飛機(jī)飛過的地方，空氣壓力形成字母“N”形狀的波形，這種壓力波伴隨著飛機(jī)向波前法線方向傳播，如果飛機(jī)很大，又飛得很高，則傳到地面的轟聲就很低，其中就包含了次聲波。距離地面幾千米高的飛機(jī)產(chǎn)生的次聲波聲壓可達(dá)到幾微巴數(shù)量級(jí)，這種次聲波傳播速度比音速大，有時(shí)會(huì)超過6 m/s。
火箭飛行時(shí)，產(chǎn)生次聲信號(hào)的機(jī)理與飛機(jī)相似，但是，它產(chǎn)生的空氣動(dòng)力學(xué)波比飛機(jī)強(qiáng)很多，火箭產(chǎn)生的次聲波的聲壓幅值可達(dá)20 μbar數(shù)量級(jí)，信號(hào)會(huì)持續(xù)幾分鐘，甚至10分鐘左右。
特點(diǎn)
來源廣
既有源于自然的次聲波聲源，火山爆發(fā)、墜人大氣的流星、極光、電離層擾動(dòng)、地震、海嘯、臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)、雷電等；也有人工制造的聲源，如化學(xué)爆炸、礦爆和大型火箭發(fā)射等。
穿透力強(qiáng)
次聲波具有極強(qiáng)的穿透力，不僅可以穿透大氣、海水、土壤，而且還能穿透堅(jiān)固的鋼筋水泥構(gòu)成的建筑物，甚至連坦克、軍艦、潛艇和飛機(jī)都不在話下。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。
傳播遠(yuǎn)
次聲波在大氣中傳播距離較普通聲波遠(yuǎn)得多。據(jù)研究，聲波在大氣傳播時(shí)衰減率大體上是與聲波頻率的平方成正比，即頻率越低，衰減則越少，傳播的距離則越遠(yuǎn)。這是因?yàn)槁暿菣C(jī)械振動(dòng)，頻率越高引起空氣分子之間的摩擦愈厲害，能量損耗愈快；反之，頻率愈低，能量損耗愈慢。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，全長十多萬千米，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。
發(fā)生共振
次聲波如果和周圍物體發(fā)生共振，能放出相當(dāng)大的能量，如4~8 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。
測(cè)量
次聲波檢測(cè)核心技術(shù)是次聲傳感器研制。商品化檢測(cè)設(shè)備或科研專用監(jiān)測(cè)儀器主要采用自動(dòng)補(bǔ)償光纖次聲波傳感器﹑次聲波壓力傳感器﹑雙電容器式次聲接收器﹑高靈敏度寬頻帶電容次聲傳感器或電容式次聲接收器等進(jìn)行次聲測(cè)量。而次聲監(jiān)測(cè)技術(shù)是全面禁止核試驗(yàn)的四種監(jiān)測(cè)技術(shù)手段（次聲、水聲、地震、放射性核素）之一。
氣壓探測(cè)器
大氣中的次聲波，常用精密的微壓計(jì)進(jìn)行探測(cè)，微壓計(jì)可根據(jù)需要調(diào)節(jié)到一定的頻率范圍內(nèi)，記錄大氣中壓力的微小變化。為了確定波動(dòng)的來向和傳播速度，克服干擾，可以在小范圍內(nèi)進(jìn)行微壓計(jì)列陣觀測(cè)確定出次聲波的位置。
次聲波接收器的種類很多，最常用的是微氣壓計(jì)，它是利用次聲引起空氣壓力變化的原理制得的，即次聲在大氣中傳輸時(shí)會(huì)引起空氣的壓力和密度的改變，以及空氣質(zhì)點(diǎn)的微小位移，通過測(cè)定次聲所引起的氣壓的變化達(dá)到接收次聲波的目的。
微氣壓計(jì)（泛指次聲接收器，也稱傳聲器）按其換能方式不同分為動(dòng)圈式、動(dòng)鐵式、變電感式、電阻式、熱線式、電化學(xué)式等。雖然種類很多，但萬變不離其宗，它們都遵循一共同的換能原則，即聲壓→機(jī)械位移→電信號(hào)。目前國內(nèi)使用較為普遍的一種次聲波傳聲器為電容式次聲波傳聲器，其具有靈敏度高、體積小、輸出信號(hào)較強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。電容式次聲波傳聲器的結(jié)構(gòu)除了聲學(xué)部分外還有電學(xué)部分，如下圖所示。
應(yīng)用
預(yù)測(cè)自然災(zāi)害
我國沿海的一些有經(jīng)驗(yàn)的漁民早就利用次聲波來為自己服務(wù)了，他們采用的方法是將特制的皮膜做成的大鼓（后來用充氣球）放在海邊，出海前將耳朵緊貼在皮膜上“聽”，如感到耳膜疼痛，那就說明遠(yuǎn)處有風(fēng)暴或有巨浪，漁船不能出海。原因在于當(dāng)次聲波傳到皮鼓或氣球時(shí)引起共鳴，由于其聲壓較大，會(huì)使人的耳膜發(fā)生較大幅度的低頻振動(dòng)，從而引起疼痛的感覺。
研究自然次聲波的特性和產(chǎn)生機(jī)制，預(yù)測(cè)自然災(zāi)害性事件。例如，臺(tái)風(fēng)卷起巨大海浪互相撞擊摩擦頻率為8~13赫茲，由于它的傳播速度遠(yuǎn)快于臺(tái)風(fēng)移動(dòng)速度，因此，人們利用一種叫“水母耳”的儀器，監(jiān)測(cè)風(fēng)暴發(fā)出的次聲波，即可在風(fēng)暴到來之前發(fā)出警報(bào)。
利用類似方法，也可預(yù)報(bào)火山爆發(fā)、雷暴等自然災(zāi)害。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，會(huì)有各種不同頻率次聲波產(chǎn)生。這主要是由于地殼層的結(jié)構(gòu)的不連續(xù)、不均勻，在各種應(yīng)力的作用下，在大區(qū)域內(nèi)而形成多個(gè)應(yīng)力區(qū)，隨著應(yīng)力場(chǎng)總體的發(fā)展，有的應(yīng)力不斷集中加強(qiáng)而形成地震發(fā)源中心，產(chǎn)生一股強(qiáng)大的剪切應(yīng)力，迅速將地層巖從上而下方向切開。與此同時(shí)，在應(yīng)力不斷集中的過程，就伴隨著強(qiáng)度不斷加強(qiáng)的各種次聲波的產(chǎn)生。因此，能準(zhǔn)確掌握地震發(fā)出不同強(qiáng)度的次聲波預(yù)兆，對(duì)于預(yù)防地震的發(fā)生是很有現(xiàn)實(shí)意義的。對(duì)于了解地球內(nèi)部構(gòu)造和地下礦藏的分布也是很有現(xiàn)實(shí)意義的。
通過研究自然現(xiàn)象（如極光、火山）產(chǎn)生的次聲波特性及機(jī)制，更深入地認(rèn)識(shí)這些自然現(xiàn)象的特性及運(yùn)動(dòng)規(guī)律。如人們利用極光產(chǎn)生的次聲波的特性來研究極光活動(dòng)的規(guī)律；通過測(cè)量火山輻射次聲波的頻譜來區(qū)分火山的活動(dòng)類型；通過測(cè)量火山產(chǎn)生次聲波大小來計(jì)算火山噴發(fā)的能量等。
武器
在第二次世界大戰(zhàn)期間，納粹德國就開始了有關(guān)次聲武器的秘密研究，自20世紀(jì)60年代起，國外就競(jìng)相研究次聲武器，如今美、法、日、俄等國都已研制出了次聲槍和次聲炸彈。另外，美國還將次聲波用于小型非致命武器的開發(fā)上。早在20世紀(jì)70年代，美警方就開發(fā)了用于控制騷亂人群的次聲武器，即使人“僵化"或失去戰(zhàn)斗力的次聲槍。90年代，一些科研機(jī)構(gòu)在美軍方資助下專門研制小型化的高功率次聲發(fā)生器，并進(jìn)行了戰(zhàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)。1995年底美國出兵干涉波黑內(nèi)戰(zhàn)時(shí)，就曾秘密對(duì)波黑塞軍陣地進(jìn)行過非致命的次聲攻擊。為預(yù)防劫機(jī)事件和恐怖襲擊，目前已由總部設(shè)在加利福尼亞州圣迭戈的美國技術(shù)公司研制出一種聲波槍。這種新型聲波武器可以發(fā)射“聲波子彈”，即集束聲波。威力強(qiáng)大的集束聲波能夠使劫機(jī)分子暫時(shí)失去行動(dòng)能力，從而阻止劫機(jī)事件的發(fā)生。但這種聲波不會(huì)對(duì)飛機(jī)本身造成絲毫損害。美國新增加的空中警察將配備這種新型聲波槍。
次聲波武器是指能發(fā)射低于20 Hz次聲波的大功率武器裝置。次聲波之所以會(huì)被用作軍事武器，在于次聲波和人體器官固有頻率相近，于是會(huì)產(chǎn)生共振。次聲波與人體器官的共振會(huì)導(dǎo)致器官變形、移位、甚至破裂，從而達(dá)到殺傷目的。次聲波武器大體可分為兩類，即神經(jīng)型次聲武器和器官型次聲武器。致傷效應(yīng)神經(jīng)型次聲武器的次聲頻率和人腦阿爾法節(jié)律（8~12 Hz）很接近；所以，次聲波作用于人體時(shí)引起人的大腦共振，對(duì)心理和意識(shí)產(chǎn)生影響。輕者感覺不適，注意力下降，情緒不安，導(dǎo)致頭昏、頭暈、煩躁、耳鳴、惡心；嚴(yán)重時(shí)使人神經(jīng)錯(cuò)亂，癲狂不止，休克昏厥，喪失思維能力。器官型次聲武器的頻率和人體內(nèi)臟器官的固有頻率（4~18 Hz）相近，會(huì)引起人的五臟六腑產(chǎn)生強(qiáng)烈共振。劇烈抖動(dòng)、狂跳，輕者肌肉痙攣，全身顫抖，呼吸困難；重者大小血管一齊破裂，內(nèi)臟損傷，甚至迅速死亡。主要的防護(hù)措施包括物理屏蔽和音樂“掩蓋”，主要的治療措施包括醫(yī)學(xué)防護(hù)、對(duì)癥治療和中藥治療。
次聲武器與傳統(tǒng)的常規(guī)武器相比，其具有突襲、隱蔽性好；作用距離遠(yuǎn)，穿透能力強(qiáng)；在殺傷敵人的同時(shí)，不會(huì)造成環(huán)境污染，不破壞敵方的武器裝備等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，軍事科學(xué)家已把它列為未來戰(zhàn)爭(zhēng)中新概念武器的重要成員。
此外，利用次聲波接收器可測(cè)出次聲波發(fā)源地點(diǎn)，這在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，對(duì)敵人火炮、導(dǎo)彈及火箭發(fā)射地點(diǎn)探測(cè)起著很重要的作用。尤其當(dāng)敵人火炮陣地布置在隱蔽的山谷或坑道里，雷達(dá)與激光等都很難探測(cè)得出其位置。但利用次聲波接收器探測(cè)卻大顯神通，主要原因是由于火炮發(fā)射時(shí)，炮口產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊波，沖擊波傳播一段距離后，高頻聲波成分衰減得較快，剩下來的便是次聲波，當(dāng)其傳播到達(dá)次聲波接收機(jī)后，即轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。由次聲波到達(dá)各傳聲器的時(shí)差，從而可計(jì)出次聲波源的位置，為保證定位精度v計(jì)入地面溫度及風(fēng)向、風(fēng)速等氣象因素的影響。目前的次聲波定位接收儀器都裝備有專用電子計(jì)算機(jī)，能快速地計(jì)算出敵人火炮或火箭在各種復(fù)雜情況下的方位。
探測(cè)氣象過程
大氣次聲波能夠長距離輸送大氣中的能量和動(dòng)量，對(duì)大氣動(dòng)力學(xué)的研究有一定意義。通過測(cè)定自然或人工產(chǎn)生的次聲在大氣中傳播的特性，可探測(cè)某些大規(guī)模氣象過程的性質(zhì)和規(guī)律。如沙塵暴、龍卷風(fēng)及大氣中電磁波的擾動(dòng)等。
器官檢查
通過測(cè)定人和其他生物的某些器官發(fā)出的微弱次聲的特性，可以了解人體或其他生物相應(yīng)器官的活動(dòng)情況，例如人們研制出的“次聲波診療儀”可以檢查人體器官工作是否正常。
海難救援
利用次聲波極強(qiáng)的穿透力，國際海難救助組織就在一些遠(yuǎn)離大陸的海島上建立起“次聲定位站”，監(jiān)測(cè)著海潮的洋面。一旦船只或飛機(jī)失事，可以通過次聲波迅速測(cè)定方位，以便進(jìn)行救助。
礦山圍巖實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
花崗石作為礦山深部開采常見圍巖，在高應(yīng)力條件下受到開挖擾動(dòng)的影響，極易出現(xiàn)頂板冒落、巷道片幫等現(xiàn)象，故其穩(wěn)定性直接關(guān)系到礦山安全開采，因此，對(duì)圍巖體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就顯得極為重要。巖體次聲波現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，可發(fā)現(xiàn)巖石破壞的前兆特征，保障工程安全。
動(dòng)物反應(yīng)和人體反應(yīng)
動(dòng)物反應(yīng)
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，將狗和猴子置于次聲波的作用之下，次聲波的頻率為7~9 Hz，在172 dB的強(qiáng)次聲作用下，發(fā)現(xiàn)狗和猴子出現(xiàn)呼吸困難；當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)185~195 dB時(shí)，動(dòng)物全部死亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物致死的主要原因是由于次聲波與動(dòng)物的內(nèi)臟器官產(chǎn)生了共振，使心臟破裂所造成的。
當(dāng)?shù)厍蛏夏骋稽c(diǎn)發(fā)生強(qiáng)烈地震或發(fā)生海嘯而掀起巨浪時(shí)，所產(chǎn)生的次聲波能傳到幾千千米之外。由于某些動(dòng)物能夠聽到次聲波，所以在人類還沒有發(fā)現(xiàn)時(shí)，它們?cè)缫扬@得惶恐不安，或深藏遠(yuǎn)匿。人類利用某些動(dòng)物的反常行為預(yù)報(bào)地震或海嘯等自然災(zāi)害，正是因?yàn)檫@些動(dòng)物對(duì)次聲波的反應(yīng)異常。例如，在我國沿海地區(qū)的人們發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)夏季臺(tái)風(fēng)來到之前，許多可惡的蚊子、老鼠總是躲藏起來。漂浮在海面的刺胞動(dòng)物門叫做水母卻對(duì)次聲波很敏感，每逢風(fēng)暴來臨之前，這些水母便提前逃避得無影無蹤了。有經(jīng)驗(yàn)的漁民或海員，一見水母都消形匿跡，即可斷定風(fēng)暴將即來臨，而及早把船艘駛進(jìn)港灣里去躲避。
人體反應(yīng)
危害
國內(nèi)外流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果表明，次聲波可對(duì)人體造成危害。當(dāng)人體受到低強(qiáng)度次聲影響后，主要表現(xiàn)為非特異性的應(yīng)激反應(yīng)及神經(jīng)內(nèi)分泌失調(diào)癥狀：煩躁、中耳壓迫、耳痛、耳鳴以及頭疼﹑惡心、嘔吐、平衡失調(diào)﹑視覺模糊等；也有報(bào)道次聲波會(huì)使人體血壓、心率、呼吸發(fā)生改變等。如以10 Hz、135 dB的次聲作用人體15 min，則人體內(nèi)多處器官有振動(dòng)感，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，受試者感到極度疲乏無力。高強(qiáng)度的次聲甚至可導(dǎo)致人體嚴(yán)重的生理變化，甚至死亡。
原來，人體各器官都有其固有的振動(dòng)頻率，而這種頻率在3~17 Hz之間，稱為人體阿爾法節(jié)律。如頭部為8~12 Hz，胸腔為4~6 Hz，心臟為5 Hz，腹腔為6~9 Hz。人體的這些固有頻律正好在次聲頻率范圍內(nèi)。次聲對(duì)機(jī)體的原發(fā)性作用機(jī)制是引起器官、組織的共振反應(yīng)。在一般情況下，通過作用到系統(tǒng)的各種力是平衡的，當(dāng)機(jī)體處于次聲聲壓場(chǎng)時(shí)，若壓強(qiáng)達(dá)到一定程度，即變?yōu)橹饕饔昧Γ谄渥饔孟聵?gòu)成機(jī)體的彈性壁進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，外壁的振動(dòng)傳導(dǎo)給內(nèi)部組織器官，如果某一部的自身頻率接近或符合激發(fā)作用的振動(dòng)頻率，它將擴(kuò)大振幅并繼續(xù)振動(dòng)，即產(chǎn)生共振反應(yīng)。次聲以引發(fā)振動(dòng)的方式既可作用于機(jī)體各器官，又可以作用到細(xì)胞結(jié)構(gòu)，可以直接作用到各種組織和細(xì)胞的原生質(zhì)膜和線粒體膜，改變細(xì)胞膜的通透性，影響一些酶與質(zhì)膜的結(jié)合狀態(tài)和活性，從而影響生物氧化過程和能量代謝過程，降低抗氧化系統(tǒng)的功能，出現(xiàn)適應(yīng)性反應(yīng)或脫適應(yīng)性反應(yīng)的時(shí)相變化。次聲可以導(dǎo)致微循環(huán)障礙，可影響組織器官的營養(yǎng)。
通常人耳鼓膜能承受的聲波強(qiáng)度是20~80 dB，一旦強(qiáng)度超過這個(gè)界限，就會(huì)對(duì)健康產(chǎn)生危害。科學(xué)家們研究后普遍認(rèn)為，次聲強(qiáng)度在140 dB左右時(shí)，即使作用時(shí)間較短也會(huì)引起人體內(nèi)臟器官機(jī)能改變；當(dāng)次聲強(qiáng)度上升到150 dB時(shí)，則會(huì)引起人體內(nèi)某些器官產(chǎn)生病變；如次聲強(qiáng)度再升高，不僅會(huì)使人生理病理方面產(chǎn)生明顯變化，甚至?xí)?dǎo)致人傷亡。因此把150 dB的聲強(qiáng)級(jí)定為人體承受次聲的安全極限。法國有一家次聲研究所在進(jìn)行一項(xiàng)次聲試驗(yàn)時(shí)，曾因技術(shù)上的差錯(cuò)使次聲波逃逸出去，結(jié)果導(dǎo)致30多人全身軟癱，骨骼粉碎而離開人世。
益處
次聲對(duì)生物體不僅有害，也有許多益處。臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，次聲能夠影響人體的許多功能，對(duì)一些疾病有治療價(jià)值：次聲儀可以復(fù)制人體低頻聲波，能夠改善循環(huán)，調(diào)理氣、血，增加免疫力，加快炎癥消退，松弛緊張的肌肉，減輕疲勞、疼痛、不適等。低頻聲音治療儀是由加利弗尼亞氣功研究協(xié)會(huì)研制，這種儀器產(chǎn)生的聲波頻率在8~14 Hz，而且速度慢，聲波以隨機(jī)的頻率產(chǎn)生，沒有兩個(gè)連續(xù)的波以同一頻率產(chǎn)生。這種聲波的頻率范圍保證在8~14 Hz之間，緩慢而輕柔，可以對(duì)人體產(chǎn)生按摩作用，以這種能量形式治療可以達(dá)到任何組織和細(xì)胞，對(duì)活的生物組織明顯有益。
參考資料 >