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Infrasonido

El infrasonido , a veces denominado sonido de baja frecuencia , describe ondas sonoras con una frecuencia por debajo del límite inferior de audibilidad (generalmente 20 Hz). La audición se vuelve gradualmente menos sensible a medida que disminuye la frecuencia, por lo que para que los humanos perciban el infrasonido, la presión del sonido debe ser lo suficientemente alta. El oído es el órgano principal para detectar sonidos bajos, pero a intensidades más altas es posible sentir vibraciones infrasónicas en varias partes del cuerpo.

Arreglos de infrasonidos en la estación de monitoreo de infrasonidos en Qaanaaq , Groenlandia

El estudio de tales ondas sonoras a veces se denomina infrasónico , y abarca sonidos por debajo de 20 Hz hasta 0,1 Hz (y raramente hasta 0,001 Hz). La gente usa este rango de frecuencia para monitorear terremotos y volcanes, trazar formaciones de rocas y petróleo debajo de la tierra, y también en balistocardiografía y sismocardiografía para estudiar la mecánica del corazón.

El infrasonido se caracteriza por la capacidad de sortear obstáculos con poca disipación . En música, los métodos de guía de ondas acústicas , como un órgano de tubos grande o, para la reproducción, diseños de altavoces exóticos como líneas de transmisión , woofer rotatorio o diseños de subwoofer tradicionales pueden producir sonidos de baja frecuencia, incluido el infrasonido cercano. Los subwoofers diseñados para producir infrasonidos son capaces de reproducir el sonido una octava o más por debajo de la de la mayoría de los subwoofers disponibles comercialmente y, a menudo, son aproximadamente 10 veces más grandes. [ cita requerida ]

Definición

El Infrasonido es definido por el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares como "sonido a frecuencias menores a 20 Hz". [ cita requerida ]

Historia y estudio

Los aliados de la Primera Guerra Mundial utilizaron por primera vez infrasonidos para localizar artillería . [1] Uno de los pioneros en la investigación infrasónica fue el científico francés Vladimir Gavreau . [2] Su interés por las ondas infrasónicas surgió por primera vez en su laboratorio durante la década de 1960, cuando él y sus asistentes de laboratorio experimentaron temblores en el equipo de laboratorio y dolor en los tímpanos , pero sus micrófonos no detectaron sonido audible. Concluyó que era un infrasonido causado por un gran ventilador y un sistema de conductos, y pronto se puso a trabajar preparando pruebas en los laboratorios. Uno de sus experimentos fue un silbato infrasónico, un tubo de órgano de gran tamaño . [3] [4] [5]

Fuentes

Patente para un diseño de caja de altavoz de doble reflejo de graves destinado a producir frecuencias infrasónicas que van de 5 a 25 hercios, de las cuales los diseños de subwoofer tradicionales no son fácilmente capaces.

El infrasonido puede resultar de fuentes naturales y artificiales:

  • Los eventos naturales: sonido infrasonidos a veces resultados naturalmente de mal tiempo , de surf , [6] lee ondas , avalanchas , terremotos , volcanes , [7] [8] bólidos , [9] cataratas , la parición de los icebergs , las auroras , los meteoros , relámpagos y superior -Rayo atmosférico . [10] Las interacciones no lineales de las olas del océano en las tormentas oceánicas producen vibraciones infrasónicas generalizadas de alrededor de 0,2 Hz, conocidas como microbaroms . [11] Según el Programa Infrasónico de la NOAA , las matrices infrasónicas se pueden utilizar para localizar avalanchas en las Montañas Rocosas y para detectar tornados en las llanuras altas varios minutos antes de que toquen tierra. [12]
  • Comunicación animal: ballenas , elefantes , [13] hipopótamos , [14] rinocerontes , [15] [16] jirafas , [17] okapis , [18] pavos reales, [19] y los caimanes son conocidos por utilizar infrasonidos para comunicarse a distancias. hasta cientos de millas en el caso de las ballenas . En particular, se ha demostrado que el rinoceronte de Sumatra produce sonidos con frecuencias tan bajas como 3 Hz que tienen similitudes con el canto de la ballena jorobada . [16] El rugido del tigre contiene infrasonidos de 18 Hz y menos, [20] y se informa que el ronroneo de los felinos cubre un rango de 20 a 50 Hz. [21] [22] [23] También se ha sugerido que las aves migratorias utilizan infrasonidos generados naturalmente, a partir de fuentes como el flujo de aire turbulento sobre las cadenas montañosas, como ayuda para la navegación . [24] El infrasonido también se puede utilizar para la comunicación a larga distancia, especialmente bien documentado en ballenas barbadas (ver Vocalización de ballenas ) y elefantes africanos . [25] La frecuencia de los sonidos de las ballenas barbadas puede oscilar entre 10 Hz y 31 kHz, [26] y la de los cantos de elefantes de 15 Hz a 35 Hz. Ambos pueden ser extremadamente ruidosos (alrededor de 117  dB ), lo que permite la comunicación durante muchos kilómetros, con un alcance máximo posible de alrededor de 10 km (6 millas) para los elefantes, [27] y potencialmente cientos o miles de kilómetros para algunas ballenas. [ cita requerida ] Los elefantes también producen ondas infrasónicas que viajan a través de tierra firme y son detectadas por otras manadas usando sus pies, aunque pueden estar separados por cientos de kilómetros. Estas llamadas pueden usarse para coordinar el movimiento de las manadas y permitir que los elefantes apareados se encuentren entre sí. [28]
  • Cantantes humanos: algunos vocalistas, incluido Tim Storms , pueden producir notas en el rango de infrasonidos. [29]
  • Fuentes creadas por humanos: el infrasonido puede ser generado por procesos humanos como explosiones y explosiones sónicas (tanto químicas como nucleares ), o por maquinaria como motores diesel , turbinas eólicas y transductores mecánicos especialmente diseñados (mesas de vibración industrial). Ciertos diseños de altavoces especializados también pueden reproducir frecuencias extremadamente bajas; éstos incluyen a gran escala woofer giratorio modelos de subwoofer altavoz, [30] , así como grandes bocina , reflejo de graves , sellados y de línea de transmisión altavoces. [31] [32]

Reacción animal

Se ha pensado que algunos animales perciben las ondas infrasónicas que atraviesan la tierra, provocadas por desastres naturales, y las utilizan como alerta temprana. Un ejemplo de esto es el terremoto y tsunami del Océano Índico de 2004 . Se informó que los animales habían huido de la zona horas antes de que el tsunami golpeara las costas de Asia. [33] [34] No se sabe con certeza si esta es la causa; algunos han sugerido que pudo haber sido la influencia de ondas electromagnéticas , y no de ondas infrasónicas, lo que llevó a estos animales a huir. [35]

Una investigación realizada en 2013 por Jon Hagstrum del Servicio Geológico de EE. UU. Sugiere que las palomas mensajeras usan infrasonidos de baja frecuencia para navegar. [36]

Reacciones humanas

20 Hz se considera el límite normal de baja frecuencia de la audición humana. [ cita requerida ] Cuando las ondas sinusoidales puras se reproducen en condiciones ideales y a un volumen muy alto, un oyente humano podrá identificar tonos tan bajos como 12 Hz. [37] Por debajo de 10 Hz es posible percibir los ciclos individuales del sonido, junto con una sensación de presión en los tímpanos.

Desde aproximadamente 1000 Hz, el rango dinámico del sistema auditivo disminuye al disminuir la frecuencia. Esta compresión es observable en los contornos de nivel de sonoridad igual , e implica que incluso un ligero aumento en el nivel puede cambiar la sonoridad percibida de apenas audible a fuerte. Combinado con la propagación natural de los umbrales dentro de una población, su efecto puede ser que un sonido de muy baja frecuencia que es inaudible para algunas personas puede resultar fuerte para otras.

Un estudio ha sugerido que el infrasonido puede causar sentimientos de asombro o miedo en los seres humanos. También se ha sugerido que, dado que no se percibe conscientemente, puede hacer que las personas sientan vagamente que están ocurriendo eventos extraños o sobrenaturales . [38]

Un científico que trabaja en el Laboratorio de Neurociencia Auditiva de la Universidad de Sydney informa cada vez más evidencia de que el infrasonido puede afectar el sistema nervioso de algunas personas al estimular el sistema vestibular , y esto ha demostrado en modelos animales un efecto similar al mareo del mar . [39]

En una investigación realizada en 2006 que se centró en el impacto de las emisiones sonoras de las turbinas eólicas en la población cercana, el infrasonido percibido se ha asociado con efectos como molestia o fatiga, dependiendo de su intensidad, con poca evidencia que respalde los efectos fisiológicos del infrasonido por debajo de la percepción humana. umbral. [40] Sin embargo, estudios posteriores han relacionado el infrasonido inaudible con efectos como la plenitud, la presión o el tinnitus, y han reconocido la posibilidad de que pueda perturbar el sueño. [41] Otros estudios también han sugerido asociaciones entre los niveles de ruido en las turbinas y las alteraciones del sueño autoinformadas en la población cercana, al tiempo que agregaron que la contribución del infrasonido a este efecto aún no se comprende completamente. [42] [43]

En un estudio de la Universidad de Ibaraki en Japón, los investigadores dijeron que las pruebas de EEG mostraron que el infrasonido producido por las turbinas eólicas "se consideraba una molestia para los técnicos que trabajan cerca de una turbina eólica moderna a gran escala". [44] [45] [46]

Jürgen Altmann de la Universidad Tecnológica de Dortmund , un experto en armas sónicas , ha dicho que no hay evidencia confiable de náuseas y vómitos causados ​​por infrasonidos. [47]

Se ha citado que los altos niveles de volumen en los conciertos de los arreglos de subwoofers causan colapso pulmonar en personas que están muy cerca de los subwoofers, especialmente en fumadores que son particularmente altos y delgados. [48]

En septiembre de 2009, el estudiante londinense Tom Reid murió de síndrome de muerte súbita arrítmica (SADS) después de quejarse de que "notas graves fuertes" le "llegaban al corazón". La indagatoria registró un veredicto de causas naturales, aunque algunos expertos comentaron que el bajo podría haber actuado como detonante. [49]

El aire es un medio muy ineficaz para transferir vibraciones de baja frecuencia de un transductor al cuerpo humano. [50] Sin embargo, la conexión mecánica de la fuente de vibración al cuerpo humano proporciona una combinación potencialmente peligrosa. El programa espacial estadounidense, preocupado por los efectos dañinos del vuelo de cohetes en los astronautas, ordenó pruebas de vibración que usaban asientos de cabina montados en mesas de vibración para transferir la "nota marrón" y otras frecuencias directamente a los sujetos humanos. Se lograron niveles de potencia muy altos de 160 dB a frecuencias de 2-3 Hz. Las frecuencias de prueba oscilaron entre 0,5 Hz y 40 Hz. Los sujetos de prueba sufrieron ataxia motora, náuseas, alteraciones visuales, desempeño de tareas degradado y dificultades en la comunicación. Los investigadores asumen que estas pruebas son el núcleo del mito urbano actual . [51] [52]

El informe "Una revisión de la investigación publicada sobre el ruido de baja frecuencia y sus efectos" [53] contiene una larga lista de investigaciones sobre la exposición a infrasonidos de alto nivel entre humanos y animales. Por ejemplo, en 1972, Borredon expuso a 42 hombres jóvenes a tonos de 7,5 Hz a 130 dB durante 50 minutos. Esta exposición no provocó efectos adversos aparte de la somnolencia informada y un ligero aumento de la presión arterial. En 1975, Slarve y Johnson expusieron a cuatro sujetos masculinos al infrasonido en frecuencias de 1 a 20 Hz, durante ocho minutos a la vez, a niveles de hasta 144 dB SPL. No hubo evidencia de ningún efecto perjudicial aparte del malestar del oído medio. Las pruebas de infrasonido de alta intensidad en animales dieron como resultado cambios mensurables, como cambios celulares y rotura de las paredes de los vasos sanguíneos.

En febrero de 2005, el programa de televisión MythBusters utilizó doce subwoofers Meyer Sound de 700 HP, un modelo y una cantidad que se ha utilizado para los principales conciertos de rock . [54] [55] El rango de frecuencia de funcionamiento normal del modelo de subwoofer seleccionado era de 28 Hz a 150 Hz [56] pero los 12 recintos de MythBusters se habían modificado especialmente para una extensión de graves más profunda. [57] Roger Schwenke y John Meyer dirigieron al equipo de Meyer Sound en el diseño de un banco de pruebas especial que produciría niveles de sonido muy altos en frecuencias infrasónicas. Los puertos de sintonización de los subwoofers se bloquearon y se alteraron sus tarjetas de entrada. Los gabinetes modificados se colocaron en una configuración de anillo abierto: cuatro pilas de tres subwoofers cada una. Las señales de prueba fueron generadas por un analizador de audio SIM 3, con su software modificado para producir tonos infrasónicos. Un analizador de nivel de sonido de Brüel & Kjær , alimentado con una señal atenuada de un micrófono de medición modelo 4189 , mostraba y registraba los niveles de presión sonora. [57] Los presentadores del programa probaron una serie de frecuencias tan bajas como 5 Hz, alcanzando un nivel de 120  decibeles de presión sonora a 9 Hz y hasta 153 dB en frecuencias superiores a 20 Hz, pero los rumores de efectos fisiológicos no se materializaron. . [57] Todos los sujetos de prueba informaron algo de ansiedad física y dificultad para respirar, incluso una pequeña cantidad de náuseas, pero esto fue descartado por los anfitriones, señalando que el sonido en esa frecuencia e intensidad mueve el aire rápidamente dentro y fuera de los pulmones . El programa declaró que el mito de las notas marrones "se rompió".

El infrasonido es una causa hipotética de muerte para los nueve excursionistas rusos que fueron encontrados muertos en el paso de Dyatlov (cerca de Siberia) en 1959 . [58]

Experimento de tono infrasónico de 17 Hz

El 31 de mayo de 2003, un grupo de investigadores del Reino Unido llevó a cabo un experimento masivo, en el que expusieron a unas 700 personas a música entrelazada con ondas sinusoidales suaves de 17 Hz reproducidas a un nivel descrito como "cerca del borde de la audición", producida por una subwoofer de carrera montado a dos tercios del camino desde el extremo de una tubería de alcantarillado de plástico de siete metros de largo. El concierto experimental (titulado Infrasonic ) tuvo lugar en la Purcell Room a lo largo de dos actuaciones, cada una de las cuales consta de cuatro piezas musicales. Dos de las piezas de cada concierto tenían tonos de 17 Hz debajo. [59] [60]

En el segundo concierto, las piezas que debían llevar un subtono de 17 Hz se intercambiaron para que los resultados de las pruebas no se centraran en ninguna pieza musical específica. A los participantes no se les dijo qué piezas incluían el tono casi infrasónico de 17 Hz de bajo nivel. La presencia del tono dio como resultado que un número significativo (22%) de los encuestados informaran sentirse incómodos o tristes, tener escalofríos por la columna vertebral o sentimientos nerviosos de repulsión o miedo. [59] [60]

Al presentar la evidencia a la Asociación Británica para el Avance de la Ciencia , el profesor Richard Wiseman dijo: "Estos resultados sugieren que el sonido de baja frecuencia puede hacer que las personas tengan experiencias inusuales aunque no puedan detectar conscientemente el infrasonido. Algunos científicos han sugerido que este nivel de sonido puede estar presente en algunos sitios supuestamente embrujados y hacer que las personas tengan sensaciones extrañas que atribuyen a un fantasma; nuestros hallazgos apoyan estas ideas ". [38]

Relación sugerida con los avistamientos de fantasmas

El psicólogo Richard Wiseman de la Universidad de Hertfordshire sugiere que las sensaciones extrañas que la gente atribuye a los fantasmas pueden ser causadas por vibraciones infrasónicas. Vic Tandy , oficial experimental y profesor a tiempo parcial en la escuela de estudios internacionales y derecho de la Universidad de Coventry , junto con el Dr. Tony Lawrence del departamento de psicología de la Universidad, escribió en 1998 un artículo titulado "Fantasmas en la máquina" para el Journal of la Sociedad para la Investigación Psíquica . Su investigación sugirió que una señal infrasónica de 19 Hz podría ser responsable de algunos avistamientos de fantasmas . Tandy estaba trabajando hasta tarde una noche solo en un laboratorio supuestamente embrujado en Warwick , cuando se sintió muy ansioso y pudo detectar una mancha gris por el rabillo del ojo. Cuando Tandy se volvió hacia la mancha gris, no había nada.

Al día siguiente, Tandy estaba trabajando en su florete de esgrima , con el mango sujeto en un tornillo de banco . Aunque no había nada tocándolo, la hoja comenzó a vibrar salvajemente. Investigaciones posteriores llevaron a Tandy a descubrir que el extractor del laboratorio emitía una frecuencia de 18,98 Hz, muy cercana a la frecuencia de resonancia del ojo dada por la NASA como 18 Hz. [61] Esto, conjeturó Tandy, era la razón por la que había visto una figura fantasmal: era, creía, una ilusión óptica causada por la resonancia de sus globos oculares. La habitación tenía exactamente la mitad de una longitud de onda y el escritorio estaba en el centro, lo que provocó una onda estacionaria que provocó la vibración del papel de aluminio. [62]

Tandy investigó más este fenómeno y escribió un artículo titulado El fantasma en la máquina . [63] Llevó a cabo una serie de investigaciones en varios sitios que se cree que están encantados, incluido el sótano de la Oficina de Información Turística junto a la Catedral de Coventry [64] [65] y el Castillo de Edimburgo . [66] [67]

Infrasonido para la detección de detonaciones nucleares

El infrasonido es una de las varias técnicas que se utilizan para identificar si se ha producido una detonación nuclear. Una red de 60 estaciones infrasónicas, además de las estaciones sísmicas e hidroacústicas, comprende el Sistema Internacional de Monitoreo (IMS) que tiene la tarea de monitorear el cumplimiento del Tratado de Prohibición Completa de Ensayos Nucleares (CTBT). [68] Las estaciones de infrasonido IMS constan de ocho sensores de microbarómetro y filtros espaciales dispuestos en una matriz que cubre un área de aproximadamente 1 a 9 km 2 . [68] [69] Los filtros espaciales utilizados son tubos radiantes con puertos de entrada a lo largo de su longitud, diseñados para promediar las variaciones de presión como la turbulencia del viento para obtener mediciones más precisas. [69] Los microbarómetros utilizados están diseñados para monitorear frecuencias por debajo de aproximadamente 20 hercios. [68] Las ondas sonoras por debajo de 20 hercios tienen longitudes de onda más largas y no se absorben fácilmente, lo que permite la detección a grandes distancias. [68]

Las longitudes de onda del infrasonido se pueden generar artificialmente a través de detonaciones y otras actividades humanas, o naturalmente a partir de terremotos, clima severo, rayos y otras fuentes. [68] Al igual que la sismología forense , se requieren algoritmos y otras técnicas de filtrado para analizar los datos recopilados y caracterizar los eventos para determinar si realmente se ha producido una detonación nuclear. Los datos se transmiten desde cada estación a través de enlaces de comunicación seguros para su posterior análisis. También se incluye una firma digital en los datos enviados desde cada estación para verificar si los datos son auténticos. [70]

Detección y medición

La NASA Langley ha diseñado y desarrollado un sistema de detección infrasónico que se puede utilizar para realizar mediciones infrasónicas útiles en un lugar donde antes no era posible. El sistema comprende una PCB de micrófono de condensador electret Modelo 377M06, que tiene una membrana de 3 pulgadas de diámetro y un parabrisas pequeño y compacto. [71] La tecnología basada en Electret ofrece el menor ruido de fondo posible, porque el ruido de Johnson generado en la electrónica de soporte (preamplificador) se minimiza. [71]

El micrófono presenta una alta conformidad de membrana con un gran volumen de cámara trasera, un panel posterior prepolarizado y un preamplificador de alta impedancia ubicado dentro de la cámara trasera. El parabrisas, basado en el alto coeficiente de transmisión del infrasonido a través de la materia, está hecho de un material de baja impedancia acústica y tiene una pared suficientemente gruesa para garantizar la estabilidad estructural. [72] Se ha descubierto que la espuma de poliuretano de celda cerrada sirve bien para este propósito. En la prueba propuesta, los parámetros de prueba serán la sensibilidad, el ruido de fondo, la fidelidad de la señal (distorsión armónica) y la estabilidad temporal.

El diseño del micrófono se diferencia del de un sistema de audio convencional en que se tienen en cuenta las características peculiares del infrasonido. En primer lugar, el infrasonido se propaga a grandes distancias a través de la atmósfera de la Tierra como resultado de una absorción atmosférica muy baja y de conductos refractivos que permiten la propagación mediante múltiples rebotes entre la superficie de la Tierra y la estratosfera. Una segunda propiedad que ha recibido poca atención es la gran capacidad de penetración del infrasonido a través de materia sólida, una propiedad utilizada en el diseño y fabricación de los parabrisas del sistema. [72]

Por tanto, el sistema cumple varios requisitos de instrumentación ventajosos para la aplicación de la acústica: (1) un micrófono de baja frecuencia con un ruido de fondo especialmente bajo, que permite la detección de señales de bajo nivel dentro de una banda de paso de baja frecuencia; (2) un parabrisas pequeño y compacto que permite (3) un despliegue rápido de un conjunto de micrófonos en el campo. El sistema también cuenta con un sistema de adquisición de datos que permite la detección, el rumbo y la firma en tiempo real de una fuente de baja frecuencia. [72]

La Comisión Preparatoria de la Organización del Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares utiliza el infrasonido como una de sus tecnologías de monitoreo, junto con el monitoreo sísmico , hidroacústico y de radionúclidos atmosféricos . El infrasonido más fuerte registrado hasta la fecha por el sistema de monitoreo fue generado por el meteoro de Chelyabinsk de 2013 . [73]

En la cultura popular

La película de 2017 The Sound utiliza el infrasonido como un elemento importante de la trama. [74] [75]

Ver también

  • Bioacústica
  • Rayo bláster
  • Nota marrón
  • Turbulencia en aire claro
  • Tuba contrabajo
  • Licántropo Feraliminal
  • Síndrome de la Habana

  • Resonancia de Helmholtz
  • El zumbido
  • Microbarom
  • Arma sónica
  • Tuba subcontrabajo
  • Ultrasonido

Referencias

Notas
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enlaces externos

  • Inframatics, una organización internacional de monitoreo de infrasonidos
  • Programa Infrasónico de la NOAA
  • Programa de investigación de monitoreo del comando de defensa espacial y de misiles del Ejército de EE. UU.
  • Laboratorio de Monitoreo Infrasónico de Los Alamos
  • Ondas infrasónicas y de gravedad acústica generadas por la erupción del monte Pinatubo del 15 de junio de 1991 , Makoto Tahira, Masahiro Nomura, Yosihiro Sawada y Kosuke Kamo
  • Parabrisas subterráneo para la medición de infrasonido exterior Qamar A. Shams, Cecil G. Burkett y Toby Comeaux Centro de investigación Langley de la NASA, Allan J. Zuckerwar Analytical Services and Material y George R. Weistroffer Virginia Commonwealth University

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