次聲學(xué)是研究次聲波在媒質(zhì)中的產(chǎn)生、傳播和接收及其效應(yīng)和應(yīng)用的科學(xué)。次聲是頻率低于可聽聲頻率范圍的聲，它的頻率范圍大致為1／10000Hz～20Hz。
早在19世紀(jì)，人們就已記錄到了自然界中一些偶發(fā)事件(如大火山爆發(fā)或流星爆炸)所產(chǎn)生的次聲波。其中是1883年8月27日，印度尼西亞的喀拉喀托火山突然爆發(fā)，它產(chǎn)生的次聲波傳播了十幾萬公里，當(dāng)時(shí)用簡單微氣壓計(jì)都可以記錄到它。在理論方面，早在1890年，英國物理學(xué)家瑞利就開始了大氣振蕩現(xiàn)象的研究。
次聲學(xué)的發(fā)展歷史
第世界大戰(zhàn)前后，火炮和高能炸藥的出現(xiàn)，提供了較大的聲源，促進(jìn)了對(duì)次聲在大氣中傳播現(xiàn)象的了解。在20世紀(jì)20年代還進(jìn)行了高層大氣的溫度和風(fēng)對(duì)次聲傳播影響的研究，并建立了探測高層大氣的簡單聲學(xué)方法，為此還研制了靈敏度更高的微氣壓計(jì)、熱線式次聲傳聲器。30年代發(fā)展了電容次聲傳聲器。40年代后，利用聲波在大氣中的傳播速度與溫度的均方根成正比關(guān)系的原理，提出了火箭-榴彈次聲法測定高層大氣溫度和風(fēng)速的方法，發(fā)展了次聲接收和定位的新技術(shù)。
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，使得次聲接收、抗干擾方法、定位技術(shù)、信號(hào)處理和次聲傳播等方面部有了很大發(fā)展。核爆炸會(huì)形成強(qiáng)大的次聲源，它產(chǎn)生的次聲波在大氣中可以傳插得非常遠(yuǎn)，次聲方法曾成為探測大氣中核爆炸的主要方法之一。為此建立了許多次聲觀察站，進(jìn)行了長時(shí)期連續(xù)記錄和觀察。人們還發(fā)現(xiàn)了大氣中存在許多自然次聲源，對(duì)它們的發(fā)聲機(jī)制和特性進(jìn)行了初步的了解。
現(xiàn)在知道的次聲源有：火山爆發(fā)、流星、極光、電離層擾動(dòng)、地震、晴空湍流、海嘯、臺(tái)風(fēng)、雷暴、龍卷風(fēng)、雷電等。認(rèn)識(shí)并利用次聲方法來預(yù)測它們的活動(dòng)規(guī)律，已成為近代次聲學(xué)研究的重要課題。
長周期的次聲波在電離層中傳播，使電離層受到擾動(dòng)，這種以聲重力波方式傳播的次聲波成為高空大氣研究中非?；钴S的課題之一。
次聲學(xué)的基本內(nèi)容
次聲在大氣中的傳播具有衰減小并受波導(dǎo)和重力影響等特點(diǎn)。
聲在大氣中傳播的衰減主要是由分子吸收、熱傳導(dǎo)、和粘滯效應(yīng)引起的，相應(yīng)的吸收系數(shù)與頻率的二次方成正比。由于次聲的頻率很低，所以大氣對(duì)次聲波的吸收系數(shù)很小。此外，湍流的作用也會(huì)引起次聲波的衰減。但是它們的影響都很小，通?？陕匀ゲ挥?jì)。
大氣溫度密度和風(fēng)速隨高度具有不均勻分布的特性，使得次聲在大氣中傳播時(shí)出現(xiàn)“影區(qū)”、聚焦和波導(dǎo)等現(xiàn)象。當(dāng)高度增加時(shí)，氣溫逐漸降低，在20公里左右出現(xiàn)一個(gè)極小值；之后，又開始隨高度的增加，氣溫上升，在50公里左右氣溫再次降低，在80公里左右形成第二個(gè)極小值；然后復(fù)又升高。
大氣次聲波導(dǎo)現(xiàn)象與這種溫度分布有密切關(guān)系。聲波主要沿著溫度極小值所形成的通道(稱為聲道)傳播。通常將20公里高度極小值附近的大氣層稱為大氣下聲道，高度80公里附近的大氣層稱為大氣上聲道。次聲波在大氣中傳播時(shí)，可以同時(shí)受到兩個(gè)聲道作用的影響。
在距離聲源100～200公里處，次聲信號(hào)很弱，通常將這樣的區(qū)域稱為影區(qū)。在某種大氣溫度分布條件下，經(jīng)過聲道傳輸次聲波聚集在某一區(qū)域，這一區(qū)域稱它為聚焦區(qū)。
風(fēng)也會(huì)對(duì)次聲在大氣中的傳播產(chǎn)生很大的影響。次聲的傳播在順風(fēng)和逆風(fēng)時(shí)差別很大：順風(fēng)時(shí)，聲線較集中于低層大氣；逆風(fēng)時(shí)，產(chǎn)生較大的影區(qū)。
不同頻率的次聲在大氣聲道中傳播速度不相同，產(chǎn)生頻散現(xiàn)象，這使得在不同地點(diǎn)測得次聲波的波形各不相同。
大氣的密度隨高度增加而遞減，如果次聲波的波長很大，例如有幾十公里長，這時(shí)，在一個(gè)波長的范圍內(nèi)，大氣密度已經(jīng)產(chǎn)生顯著的變化了。當(dāng)大氣媒質(zhì)在聲波的作用下受到壓縮時(shí)，它的重心較周圍媒質(zhì)提高，這時(shí)除了彈性恢復(fù)力作用外，它還受重力的作用。反之，當(dāng)它在聲波作用下膨脹時(shí)，也有附加重力作用使它恢復(fù)到平衡狀態(tài)。所以長周期的次聲波，除了彈性力作用外，還附加有重力的作用，這種情況下，次聲波通常稱為聲重力波。
聲重力波在大氣中傳播時(shí)，在理論上可以看作是一些簡正波的疊加?；旧峡煞譃槁暦种Ш椭亓Ψ种АＫ鼈?cè)诖髿庵袀鞑ザ季哂蓄l散現(xiàn)象。由于重力分支主要能量在地面附近傳播。相應(yīng)地面附近溫度較高，因此傳播速度較大。
次聲測量包括次聲接收、記錄、探測和分析等。
次聲學(xué)的應(yīng)用
早在第二次世界大戰(zhàn)前，次聲方法已應(yīng)用于探測火炮的位置，可是直到50年代，它在其他方面的應(yīng)用問題才開始被人們注意，它的應(yīng)用前景是很廣闊的，大致可分為下列幾個(gè)方面：
通過研究自然現(xiàn)象產(chǎn)生的次聲波的特性和產(chǎn)生機(jī)制，更深入地認(rèn)識(shí)這些現(xiàn)象的特性和規(guī)律。例如人們利用測定極光產(chǎn)生次聲波的特性來研究極光恬動(dòng)的規(guī)律等。
利用接收到的被測聲源所輻射出的次聲波，探測它的位置、大小和其他特性，例如通過接收核爆炸、火箭發(fā)射火炮或臺(tái)風(fēng)所產(chǎn)生的次聲波去探測這些次聲源的有關(guān)參量。
預(yù)測自然災(zāi)害性事件，許多災(zāi)害性現(xiàn)象如火山噴發(fā)、龍卷風(fēng)和雷暴等在發(fā)生前可能會(huì)輻射出次聲波，因此有可能利用這些前兆現(xiàn)象預(yù)測災(zāi)害事件。
次聲在大氣中傳播時(shí)，很容易受到大氣媒質(zhì)的影響，它與大氣中風(fēng)和溫度分布等有密切的聯(lián)系。因此可以通過測定自然或人工產(chǎn)生的次聲波在大氣中傳播特性的測定，可以探測某些大規(guī)模氣象的性質(zhì)和規(guī)律。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)大范圍大氣進(jìn)行連續(xù)不斷的探測和監(jiān)視。
通過測定次聲波與大氣中其他波動(dòng)的相互作用的結(jié)果，探測這些活動(dòng)特性。例如在電離層中次聲波的作用使電波傳播受到行進(jìn)性干擾?？梢酝ㄟ^測定次聲波的特性，更進(jìn)一步揭示電離層擾動(dòng)的規(guī)律。同樣，通過測定聲波與重力波或其他波動(dòng)的作用，可以研究這些波動(dòng)的活動(dòng)規(guī)律。
人和其他生物不僅能夠?qū)Υ温暜a(chǎn)生某種反應(yīng)，而且他(它)們的某些器官也會(huì)發(fā)出微弱的次聲，因此可以利用測定這些次聲波的特性來了解人體或其他生物相應(yīng)器官的活動(dòng)情況。
早在19世紀(jì)，人們就已記錄到了自然界中一些偶發(fā)事件(如大火山爆發(fā)或流星爆炸)所產(chǎn)生的次聲波。其中是1883年8月27日，印度尼西亞的喀拉喀托火山突然爆發(fā)，它產(chǎn)生的次聲波傳播了十幾萬公里，當(dāng)時(shí)用簡單微氣壓計(jì)都可以記錄到它。在理論方面，早在1890年，英國物理學(xué)家瑞利就開始了大氣振蕩現(xiàn)象的研究。
次聲學(xué)的發(fā)展歷史
第世界大戰(zhàn)前后，火炮和高能炸藥的出現(xiàn)，提供了較大的聲源，促進(jìn)了對(duì)次聲在大氣中傳播現(xiàn)象的了解。在20世紀(jì)20年代還進(jìn)行了高層大氣的溫度和風(fēng)對(duì)次聲傳播影響的研究，并建立了探測高層大氣的簡單聲學(xué)方法，為此還研制了靈敏度更高的微氣壓計(jì)、熱線式次聲傳聲器。30年代發(fā)展了電容次聲傳聲器。40年代后，利用聲波在大氣中的傳播速度與溫度的均方根成正比關(guān)系的原理，提出了火箭-榴彈次聲法測定高層大氣溫度和風(fēng)速的方法，發(fā)展了次聲接收和定位的新技術(shù)。
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，使得次聲接收、抗干擾方法、定位技術(shù)、信號(hào)處理和次聲傳播等方面部有了很大發(fā)展。核爆炸會(huì)形成強(qiáng)大的次聲源，它產(chǎn)生的次聲波在大氣中可以傳插得非常遠(yuǎn)，次聲方法曾成為探測大氣中核爆炸的主要方法之一。為此建立了許多次聲觀察站，進(jìn)行了長時(shí)期連續(xù)記錄和觀察。人們還發(fā)現(xiàn)了大氣中存在許多自然次聲源，對(duì)它們的發(fā)聲機(jī)制和特性進(jìn)行了初步的了解。
現(xiàn)在知道的次聲源有：火山爆發(fā)、流星、極光、電離層擾動(dòng)、地震、晴空湍流、海嘯、臺(tái)風(fēng)、雷暴、龍卷風(fēng)、雷電等。認(rèn)識(shí)并利用次聲方法來預(yù)測它們的活動(dòng)規(guī)律，已成為近代次聲學(xué)研究的重要課題。
長周期的次聲波在電離層中傳播，使電離層受到擾動(dòng)，這種以聲重力波方式傳播的次聲波成為高空大氣研究中非?；钴S的課題之一。
次聲學(xué)的基本內(nèi)容
次聲在大氣中的傳播具有衰減小并受波導(dǎo)和重力影響等特點(diǎn)。
聲在大氣中傳播的衰減主要是由分子吸收、熱傳導(dǎo)、和粘滯效應(yīng)引起的，相應(yīng)的吸收系數(shù)與頻率的二次方成正比。由于次聲的頻率很低，所以大氣對(duì)次聲波的吸收系數(shù)很小。此外，湍流的作用也會(huì)引起次聲波的衰減。但是它們的影響都很小，通?？陕匀ゲ挥?jì)。
大氣溫度密度和風(fēng)速隨高度具有不均勻分布的特性，使得次聲在大氣中傳播時(shí)出現(xiàn)“影區(qū)”、聚焦和波導(dǎo)等現(xiàn)象。當(dāng)高度增加時(shí)，氣溫逐漸降低，在20公里左右出現(xiàn)一個(gè)極小值；之后，又開始隨高度的增加，氣溫上升，在50公里左右氣溫再次降低，在80公里左右形成第二個(gè)極小值；然后復(fù)又升高。
大氣次聲波導(dǎo)現(xiàn)象與這種溫度分布有密切關(guān)系。聲波主要沿著溫度極小值所形成的通道(稱為聲道)傳播。通常將20公里高度極小值附近的大氣層稱為大氣下聲道，高度80公里附近的大氣層稱為大氣上聲道。次聲波在大氣中傳播時(shí)，可以同時(shí)受到兩個(gè)聲道作用的影響。
在距離聲源100～200公里處，次聲信號(hào)很弱，通常將這樣的區(qū)域稱為影區(qū)。在某種大氣溫度分布條件下，經(jīng)過聲道傳輸次聲波聚集在某一區(qū)域，這一區(qū)域稱它為聚焦區(qū)。
風(fēng)也會(huì)對(duì)次聲在大氣中的傳播產(chǎn)生很大的影響。次聲的傳播在順風(fēng)和逆風(fēng)時(shí)差別很大：順風(fēng)時(shí)，聲線較集中于低層大氣；逆風(fēng)時(shí)，產(chǎn)生較大的影區(qū)。
不同頻率的次聲在大氣聲道中傳播速度不相同，產(chǎn)生頻散現(xiàn)象，這使得在不同地點(diǎn)測得次聲波的波形各不相同。
大氣的密度隨高度增加而遞減，如果次聲波的波長很大，例如有幾十公里長，這時(shí)，在一個(gè)波長的范圍內(nèi)，大氣密度已經(jīng)產(chǎn)生顯著的變化了。當(dāng)大氣媒質(zhì)在聲波的作用下受到壓縮時(shí)，它的重心較周圍媒質(zhì)提高，這時(shí)除了彈性恢復(fù)力作用外，它還受重力的作用。反之，當(dāng)它在聲波作用下膨脹時(shí)，也有附加重力作用使它恢復(fù)到平衡狀態(tài)。所以長周期的次聲波，除了彈性力作用外，還附加有重力的作用，這種情況下，次聲波通常稱為聲重力波。
聲重力波在大氣中傳播時(shí)，在理論上可以看作是一些簡正波的疊加?；旧峡煞譃槁暦种Ш椭亓Ψ种АＫ鼈?cè)诖髿庵袀鞑ザ季哂蓄l散現(xiàn)象。由于重力分支主要能量在地面附近傳播。相應(yīng)地面附近溫度較高，因此傳播速度較大。
次聲測量包括次聲接收、記錄、探測和分析等。
次聲學(xué)的應(yīng)用
早在第二次世界大戰(zhàn)前，次聲方法已應(yīng)用于探測火炮的位置，可是直到50年代，它在其他方面的應(yīng)用問題才開始被人們注意，它的應(yīng)用前景是很廣闊的，大致可分為下列幾個(gè)方面：
通過研究自然現(xiàn)象產(chǎn)生的次聲波的特性和產(chǎn)生機(jī)制，更深入地認(rèn)識(shí)這些現(xiàn)象的特性和規(guī)律。例如人們利用測定極光產(chǎn)生次聲波的特性來研究極光恬動(dòng)的規(guī)律等。
利用接收到的被測聲源所輻射出的次聲波，探測它的位置、大小和其他特性，例如通過接收核爆炸、火箭發(fā)射火炮或臺(tái)風(fēng)所產(chǎn)生的次聲波去探測這些次聲源的有關(guān)參量。
預(yù)測自然災(zāi)害性事件，許多災(zāi)害性現(xiàn)象如火山噴發(fā)、龍卷風(fēng)和雷暴等在發(fā)生前可能會(huì)輻射出次聲波，因此有可能利用這些前兆現(xiàn)象預(yù)測災(zāi)害事件。
次聲在大氣中傳播時(shí)，很容易受到大氣媒質(zhì)的影響，它與大氣中風(fēng)和溫度分布等有密切的聯(lián)系。因此可以通過測定自然或人工產(chǎn)生的次聲波在大氣中傳播特性的測定，可以探測某些大規(guī)模氣象的性質(zhì)和規(guī)律。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于可以對(duì)大范圍大氣進(jìn)行連續(xù)不斷的探測和監(jiān)視。
通過測定次聲波與大氣中其他波動(dòng)的相互作用的結(jié)果，探測這些活動(dòng)特性。例如在電離層中次聲波的作用使電波傳播受到行進(jìn)性干擾?？梢酝ㄟ^測定次聲波的特性，更進(jìn)一步揭示電離層擾動(dòng)的規(guī)律。同樣，通過測定聲波與重力波或其他波動(dòng)的作用，可以研究這些波動(dòng)的活動(dòng)規(guī)律。
人和其他生物不僅能夠?qū)Υ温暜a(chǎn)生某種反應(yīng)，而且他(它)們的某些器官也會(huì)發(fā)出微弱的次聲，因此可以利用測定這些次聲波的特性來了解人體或其他生物相應(yīng)器官的活動(dòng)情況。