Infrasons - Infrasound

Réseaux d'infrasons à la station de surveillance des infrasons à Qaanaaq , Groenland

Les infrasons , parfois appelés sons à basse fréquence , décrivent des ondes sonores dont la fréquence est inférieure à la limite inférieure de l'audibilité humaine (généralement 20 Hz). L'audition devient progressivement moins sensible à mesure que la fréquence diminue, donc pour que les humains perçoivent les infrasons, la pression acoustique doit être suffisamment élevée. L'oreille est le principal organe de détection des sons faibles, mais à des intensités plus élevées, il est possible de ressentir des vibrations infrasons dans diverses parties du corps.

L'étude de ces ondes sonores est parfois appelée infrasons , couvrant les sons inférieurs à 20 Hz jusqu'à 0,1 Hz (et rarement jusqu'à 0,001 Hz). Les gens utilisent cette gamme de fréquences pour la surveillance des tremblements de terre et les volcans, la cartographie des formations rocheuses et de pétrole sous terre, et aussi dans ballistocardiography et seismocardiography pour étudier la mécanique du cœur.

Les infrasons se caractérisent par une capacité à contourner les obstacles avec peu de dissipation . En musique, les méthodes de guide d'ondes acoustiques , telles qu'un grand orgue à tuyaux ou, pour la reproduction, des conceptions de haut-parleurs exotiques telles qu'une ligne de transmission , un woofer rotatif ou des conceptions de subwoofer traditionnelles peuvent produire des sons à basse fréquence, y compris le proche infrason. Les subwoofers conçus pour produire des infrasons sont capables de reproduire le son une octave ou plus en dessous de la plupart des subwoofers disponibles dans le commerce, et sont souvent environ 10 fois plus gros.

Définition

L'infrason est défini par l' American National Standards Institute comme « un son à des fréquences inférieures à 20 Hz ».

Histoire et étude

Les Alliés de la Première Guerre mondiale ont d' abord utilisé les infrasons pour localiser l' artillerie . L'un des pionniers de la recherche sur les infrasons était le scientifique français Vladimir Gavreau . Son intérêt pour les ondes infrasoniques s'est manifesté pour la première fois dans son laboratoire dans les années 1960, lorsque lui et ses assistants de laboratoire ont éprouvé des secousses du matériel de laboratoire et des douleurs dans les tympans , mais ses microphones n'ont pas détecté de son audible. Il a conclu qu'il s'agissait d'infrasons causés par un grand système de ventilateurs et de conduits, et s'est rapidement mis au travail pour préparer des tests dans les laboratoires. Une de ses expériences était un sifflet infrasonique, un tuyau d'orgue surdimensionné .

Sources

Brevet pour une conception d' enceinte de haut-parleur double bass reflex destinée à produire des fréquences infrasoniques allant de 5 à 25 hertz, dont les conceptions traditionnelles de subwoofer ne sont pas facilement capables.

Les infrasons peuvent provenir à la fois de sources naturelles et artificielles :

  • Communication animale : les baleines , les éléphants , les hippopotames , les rhinocéros , les girafes , les okapis , les paons et les alligators sont connus pour utiliser les infrasons pour communiquer sur des distances allant jusqu'à des centaines de kilomètres dans le cas des baleines . En particulier, il a été démontré que le rhinocéros de Sumatra produit des sons avec des fréquences aussi basses que 3 Hz qui ont des similitudes avec le chant de la baleine à bosse . Le rugissement du tigre contient des infrasons de 18 Hz et moins, et le ronronnement des félins couvrirait une plage de 20 à 50 Hz. Il a également été suggéré que les oiseaux migrateurs utilisent les infrasons générés naturellement, provenant de sources telles que le flux d' air turbulent au- dessus des chaînes de montagnes, comme aide à la navigation . Les infrasons peuvent également être utilisés pour les communications à longue distance, particulièrement bien documentés chez les baleines à fanons (voir Vocalisation des baleines ) et les éléphants d'Afrique . La fréquence des sons des baleines à fanons peut aller de 10 Hz à 31 kHz, et celle des cris des éléphants de 15 Hz à 35 Hz. Les deux peuvent être extrêmement bruyants (environ 117  dB ), permettant la communication sur plusieurs kilomètres, avec une portée maximale possible d'environ 10 km (6 mi) pour les éléphants, et potentiellement des centaines ou des milliers de kilomètres pour certaines baleines. Les éléphants produisent également des ondes infrasonores qui traversent le sol solide et sont détectées par d'autres troupeaux à l'aide de leurs pieds, bien qu'elles puissent être séparées par des centaines de kilomètres. Ces appels peuvent être utilisés pour coordonner le mouvement des troupeaux et permettre aux éléphants qui s'accouplent de se retrouver.
  • Chanteurs humains : certains chanteurs, dont Tim Storms , peuvent produire des notes dans la gamme des infrasons.

Réaction animale

On pense que certains animaux perçoivent les ondes infrasoniques traversant la terre, causées par des catastrophes naturelles, et les utilisent comme alerte précoce. Le séisme et le tsunami de 2004 dans l'océan Indien en sont un exemple . Des animaux auraient fui la région quelques heures avant que le véritable tsunami ne frappe les côtes asiatiques. On ne sait pas avec certitude que c'est la cause ; certains ont suggéré que c'était peut-être l'influence des ondes électromagnétiques , et non des ondes infrasoniques, qui a poussé ces animaux à fuir.

Des recherches menées en 2013 par Jon Hagstrum du US Geological Survey suggèrent que les pigeons voyageurs utilisent des infrasons à basse fréquence pour naviguer.

Réactions humaines

20 Hz est considéré comme la limite basse fréquence normale de l'audition humaine. Lorsque des ondes sinusoïdales pures sont reproduites dans des conditions idéales et à un volume très élevé, un auditeur humain sera capable d'identifier des tonalités aussi basses que 12 Hz. En dessous de 10 Hz, il est possible de percevoir les cycles singuliers du son, accompagnés d'une sensation de pression au niveau des tympans.

A partir d'environ 1000 Hz, la gamme dynamique du système auditif diminue avec la diminution de la fréquence. Cette compression est observable dans les contours de niveau d'intensité sonore égale , et cela implique que même une légère augmentation du niveau peut changer la sonie perçue d'à peine audible à forte. Combiné à la propagation naturelle des seuils au sein d'une population, son effet peut être qu'un son de très basse fréquence qui est inaudible pour certaines personnes peut être fort pour d'autres.

Une étude a suggéré que les infrasons peuvent provoquer des sentiments de crainte ou de crainte chez les humains. Il a également été suggéré que, puisqu'il n'est pas perçu consciemment, cela peut faire sentir vaguement aux gens que des événements étranges ou surnaturels se produisent.

Un scientifique travaillant au laboratoire de neurosciences auditives de l'Université de Sydney rapporte des preuves croissantes que les infrasons peuvent affecter le système nerveux de certaines personnes en stimulant le système vestibulaire , et cela a montré dans des modèles animaux un effet similaire au mal de mer .

Dans des recherches menées en 2006 portant sur l'impact des émissions sonores des éoliennes sur la population avoisinante, les infrasons perçus ont été associés à des effets tels que la gêne ou la fatigue, selon leur intensité, avec peu de preuves soutenant les effets physiologiques des infrasons en deçà de la perception humaine. seuil. Des études ultérieures, cependant, ont lié les infrasons inaudibles à des effets tels que la plénitude, la pression ou les acouphènes, et ont reconnu la possibilité qu'ils puissent perturber le sommeil. D'autres études ont également suggéré des associations entre les niveaux de bruit dans les turbines et les troubles du sommeil autodéclarés dans la population voisine, tout en ajoutant que la contribution des infrasons à cet effet n'est toujours pas entièrement comprise.

Dans une étude menée à l' Université d'Ibaraki au Japon, des chercheurs ont déclaré que les tests EEG ont montré que les infrasons produits par les éoliennes étaient "considérés comme une gêne pour les techniciens qui travaillent à proximité d'une éolienne moderne à grande échelle".

Jürgen Altmann de l' Université de technologie de Dortmund , un expert en armes soniques , a déclaré qu'il n'y avait aucune preuve fiable de nausées et de vomissements causés par les infrasons.

Des niveaux de volume élevés lors de concerts à partir de réseaux de caissons de basses ont été cités comme provoquant un effondrement des poumons chez les personnes très proches des caissons de basses, en particulier pour les fumeurs particulièrement grands et minces.

En septembre 2009, l'étudiant londonien Tom Reid est décédé des suites du syndrome de mort arythmique soudaine (SADS) après s'être plaint que des « notes de basse fortes » lui « montaient au cœur ». L'enquête a enregistré un verdict de causes naturelles, bien que certains experts aient commenté que la basse aurait pu agir comme un déclencheur.

L'air est un moyen très inefficace pour transférer les vibrations à basse fréquence d'un transducteur au corps humain. La connexion mécanique de la source de vibration au corps humain, cependant, fournit une combinaison potentiellement dangereuse. Le programme spatial américain, inquiet des effets nocifs du vol de fusée sur les astronautes, a ordonné des tests de vibration qui utilisaient des sièges de cockpit montés sur des tables vibrantes pour transférer des « notes brunes » et d'autres fréquences directement aux sujets humains. Des niveaux de puissance très élevés de 160 dB ont été atteints à des fréquences de 2 à 3 Hz. Les fréquences d'essai allaient de 0,5 Hz à 40 Hz. Les sujets testés souffraient d'ataxie motrice, de nausées, de troubles visuels, d'une performance de tâche dégradée et de difficultés de communication. Ces tests sont considérés par les chercheurs comme le noyau du mythe urbain actuel .

Le rapport "A Review of Published Research on Low Frequency Noise and its Effects" contient une longue liste de recherches sur l'exposition aux infrasons de haut niveau chez les humains et les animaux. Par exemple, en 1972, Borredon a exposé 42 jeunes hommes à des sons à 7,5 Hz à 130 dB pendant 50 minutes. Cette exposition n'a causé aucun effet indésirable autre que la somnolence signalée et une légère augmentation de la pression artérielle. En 1975, Slarve et Johnson ont exposé quatre sujets masculins à des infrasons à des fréquences de 1 à 20 Hz, pendant huit minutes à la fois, à des niveaux allant jusqu'à 144 dB SPL. Il n'y avait aucune preuve d'effet néfaste autre que l'inconfort de l'oreille moyenne. Des tests d'infrasons à haute intensité sur des animaux ont entraîné des changements mesurables, tels que des changements cellulaires et des parois de vaisseaux sanguins rompues.

En février 2005, l'émission télévisée MythBusters a utilisé douze subwoofers Meyer Sound 700-HP, un modèle et une quantité qui ont été utilisés pour les grands concerts de rock . La plage de fréquences de fonctionnement normale du modèle de subwoofer sélectionné était de 28 Hz à 150 Hz, mais les 12 enceintes de MythBusters avaient été spécialement modifiées pour une extension des basses plus profonde. Roger Schwenke et John Meyer ont dirigé l'équipe de Meyer Sound dans la conception d'un banc d'essai spécial qui produirait des niveaux sonores très élevés aux fréquences infrasonores. Les ports de réglage des subwoofers ont été bloqués et leurs cartes d'entrée ont été modifiées. Les enceintes modifiées ont été placées dans une configuration en anneau ouvert : quatre piles de trois subwoofers chacune. Les signaux de test ont été générés par un analyseur audio SIM 3, avec son logiciel modifié pour produire des tonalités infrasoniques. Un analyseur de niveau sonore Brüel & Kjær , alimenté par un signal atténué d'un microphone de mesure modèle 4189 , affichait et enregistrait les niveaux de pression acoustique. Les animateurs de l'émission ont essayé une série de fréquences aussi basses que 5 Hz, atteignant un niveau de 120  décibels de pression acoustique à 9 Hz et jusqu'à 153 dB à des fréquences supérieures à 20 Hz, mais les effets physiologiques supposés ne se sont pas matérialisés. Les sujets du test ont tous signalé une certaine anxiété physique et un essoufflement, même une petite quantité de nausée, mais cela a été rejeté par les hôtes, notant que le son à cette fréquence et à cette intensité fait entrer et sortir rapidement l'air des poumons . L'émission a déclaré le mythe de la note brune "éclaté".

Les infrasons sont l'une des causes présumées de décès pour les neuf randonneurs russes qui ont été retrouvés morts au col de Dyatlov (près de la Sibérie) en 1959 .

Expérience de tonalité infrasonique à 17 Hz

Le 31 mai 2003, un groupe de chercheurs britanniques a mené une expérience de masse, au cours de laquelle ils ont exposé quelque 700 personnes à une musique mêlée d' ondes sinusoïdales douces de 17 Hz jouées à un niveau décrit comme « près du bord de l'ouïe », produite par un appareil extra-long -un caisson de basses à course monté aux deux tiers de l'extrémité d'un tuyau d'égout en plastique de sept mètres de long. Le concert expérimental (intitulé Infrasonic ) s'est déroulé dans la salle Purcell au cours de deux représentations, chacune composée de quatre pièces musicales. Deux des pièces de chaque concert avaient des tons de 17 Hz joués en dessous.

Dans le deuxième concert, les morceaux qui devaient porter une nuance de 17 Hz ont été échangés afin que les résultats des tests ne se concentrent pas sur un morceau musical spécifique. Les participants n'ont pas été informés des morceaux qui comprenaient le ton quasi infrasonique de faible niveau de 17 Hz. La présence du ton a fait qu'un nombre important (22 %) de répondants ont déclaré se sentir mal à l'aise ou tristes, avoir des frissons dans le dos ou des sentiments nerveux de dégoût ou de peur.

En présentant les preuves à la British Association for the Advancement of Science , le professeur Richard Wiseman a déclaré : « Ces résultats suggèrent que les sons à basse fréquence peuvent amener les gens à vivre des expériences inhabituelles même s'ils ne peuvent pas consciemment détecter les infrasons. Certains scientifiques ont suggéré que ce niveau de son peuvent être présents sur certains sites prétendument hantés et ainsi provoquer des sensations étranges chez les gens qu'ils attribuent à un fantôme - nos découvertes appuient ces idées."

Relation suggérée avec les observations de fantômes

Le psychologue Richard Wiseman de l' Université du Hertfordshire suggère que les sensations étranges que les gens attribuent aux fantômes peuvent être causées par des vibrations infrasoniques. Vic Tandy , agent expérimental et chargé de cours à temps partiel à l'école d'études internationales et de droit de l' université de Coventry , avec le Dr Tony Lawrence du département de psychologie de l'université, ont écrit en 1998 un article intitulé "Ghosts in the Machine" pour le Journal of la Société pour la Recherche Psychique . Leurs recherches suggèrent qu'un signal infrasonique de 19 Hz pourrait être responsable de certaines observations de fantômes . Tandy travaillait tard une nuit seul dans un laboratoire soi-disant hanté à Warwick , quand il se sentit très anxieux et put détecter une tache grise du coin de l'œil. Lorsque Tandy se tourna pour faire face à la tache grise, il n'y avait rien.

Le lendemain, Tandy travaillait sur son fleuret d' escrime , le manche étant maintenu dans un étau . Bien qu'il n'y ait rien qui la touche, la lame a commencé à vibrer sauvagement. Une enquête plus approfondie a conduit Tandy à découvrir que le ventilateur extracteur du laboratoire émettait une fréquence de 18,98 Hz, très proche de la fréquence de résonance de l'œil donnée comme 18 Hz par la NASA. C'était, supposa Tandy, la raison pour laquelle il avait vu une silhouette fantomatique – c'était, croyait-il, une illusion d'optique causée par la résonance de ses globes oculaires. La pièce faisait exactement une demi-longueur d'onde et le bureau était au centre, provoquant ainsi une onde stationnaire qui provoquait la vibration de la feuille.

Tandy a approfondi ce phénomène et a écrit un article intitulé The Ghost in the Machine . Il a mené un certain nombre d'enquêtes sur divers sites soupçonnés d'être hantés, notamment le sous-sol du bureau d'information touristique à côté de la cathédrale de Coventry et du château d'Édimbourg .

Infrasons pour la détection de détonation nucléaire

Les infrasons sont l'une des nombreuses techniques utilisées pour identifier si une détonation nucléaire s'est produite. Un réseau de 60 stations infrasonores, en plus des stations sismiques et hydroacoustiques, comprend le Système international de surveillance (IMS) qui est chargé de surveiller le respect du Traité d'interdiction complète des essais nucléaires (TICE). Les stations IMS Infrasound se composent de huit capteurs microbarométriques et de filtres spatiaux disposés en un réseau couvrant une superficie d'environ 1 à 9 km 2 . Les filtres spatiaux utilisés sont des tuyaux rayonnants avec des orifices d'entrée sur toute leur longueur, conçus pour moyenner les variations de pression comme la turbulence du vent pour des mesures plus précises. Les microbaromètres utilisés sont conçus pour surveiller des fréquences inférieures à environ 20 hertz. Les ondes sonores inférieures à 20 hertz ont des longueurs d'onde plus longues et ne sont pas facilement absorbées, ce qui permet une détection sur de grandes distances.

Les longueurs d'onde des infrasons peuvent être générées artificiellement par des détonations et d'autres activités humaines, ou naturellement par des tremblements de terre, des phénomènes météorologiques violents, des éclairs et d'autres sources. Comme la sismologie médico-légale , des algorithmes et d'autres techniques de filtrage sont nécessaires pour analyser les données recueillies et caractériser les événements afin de déterminer si une détonation nucléaire s'est réellement produite. Les données sont transmises à partir de chaque station via des liaisons de communication sécurisées pour une analyse plus approfondie. Une signature numérique est également intégrée aux données envoyées par chaque station pour vérifier si les données sont authentiques.

Détection et mesure

La NASA Langley a conçu et développé un système de détection d'infrasons qui peut être utilisé pour effectuer des mesures d'infrasons utiles à un endroit où cela n'était pas possible auparavant. Le système comprend un microphone à condensateur à électret PCB modèle 377M06, ayant un diamètre de membrane de 3 pouces, et un petit pare-brise compact. La technologie à base d'électret offre le bruit de fond le plus faible possible, car le bruit de Johnson généré dans l'électronique de support (préamplificateur) est minimisé.

Le microphone est doté d'une membrane à haute conformité avec un grand volume de chambre arrière, un fond de panier prépolarisé et un préamplificateur à haute impédance situé à l'intérieur de la chambre arrière. Le pare-brise, basé sur le coefficient de transmission élevé des infrasons à travers la matière, est constitué d'un matériau à faible impédance acoustique et présente une paroi suffisamment épaisse pour assurer la stabilité structurelle. La mousse de polyuréthane à cellules fermées s'est avérée très utile. Dans le test proposé, les paramètres de test seront la sensibilité, le bruit de fond, la fidélité du signal (distorsion harmonique) et la stabilité temporelle.

La conception du microphone diffère de celle d'un système audio conventionnel en ce que les caractéristiques particulières des infrasons sont prises en compte. Premièrement, les infrasons se propagent sur de vastes distances à travers l'atmosphère terrestre en raison d'une très faible absorption atmosphérique et de canalisations réfractives qui permettent la propagation par de multiples rebonds entre la surface de la Terre et la stratosphère. Une deuxième propriété qui a reçu peu d'attention est la grande capacité de pénétration des infrasons à travers la matière solide - une propriété utilisée dans la conception et la fabrication des pare-brise du système.

Ainsi, le système répond à plusieurs exigences d'instrumentation avantageuses pour l'application de l'acoustique : (1) un microphone basse fréquence avec un bruit de fond particulièrement faible, qui permet la détection de signaux de bas niveau dans une bande passante basse fréquence ; (2) un petit pare-brise compact qui permet (3) le déploiement rapide d'un réseau de microphones sur le terrain. Le système comprend également un système d'acquisition de données qui permet la détection, le relèvement et la signature en temps réel d'une source basse fréquence.

La Commission préparatoire de l'Organisation du Traité d'interdiction complète des essais nucléaires utilise les infrasons comme l'une de ses technologies de surveillance, ainsi que la surveillance sismique , hydroacoustique et des radionucléides atmosphériques . Les infrasons les plus forts enregistrés à ce jour par le système de surveillance ont été générés par le météore Chelyabinsk de 2013 .

Dans la culture populaire

Le film de 2017 The Sound utilise les infrasons comme élément principal de l'intrigue.

Voir également

Les références

Remarques
Bibliographie

Liens externes