古有千里傳音,今有次聲共振,看這些可怕的聲音武器

武俠小說上常常見到“千里傳音”“獅吼功”“碧海潮生曲”等聲音禦敵的武器,所用之處定有摧枯拉朽、攝人心魄之能,雖有誇張神話之處,卻也是對聲音特性的另一種認識。

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獅吼功,呵呵

實際上,聲音是由物體振動產生的聲波,這種波動能夠通過介質(固、液、氣)傳播並能被聽覺器官所感知。根據強度和頻率的不同,聲音可以是美妙悅耳的天籟之音,也會變成尖嘯嘶吼的狂暴噪音,甚至能夠在不知不覺中傷人於無形。

這都取決於兩個關鍵指標:分貝(dB)與赫茲(Hz)。

人們耳熟能詳的聲音強度計量單位是分貝(db),鄉村的夜晚大約是20分貝,安靜的房間內大約40分貝,汽車發動機的噪音約70分貝,噴氣式引擎聲強高達140分貝。我們在生活中接受的多是40到70分貝之間的低強度聲音,並不會引起人體不適。噪聲超過90分貝時,就會對耳蝸造成損害。當達到150 分貝時,就能令人耳鼓膜破裂、出血,以至破壞鼓膜變成聾子。

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聲級示意圖

當聲音超過180分貝時,則會導致肺部空氣栓塞,甚至令肺部爆裂。據分析,有些因爆炸而死亡的人,並不是被被彈片擊中致死,而是爆炸時的空氣劇烈振動,高強度聲波作用於人體心臟和肺部,從而造成死亡。

赫茲(Hz)則是聲音的頻率單位。根據頻率的不同,可將聲波分為可聽聲、超生、次聲。頻率在20-20000HZ之間的聲波是可聽聲,能夠被人或動物的耳鼓膜感受到;除此之外的頻率,包括超過20000Hz的超聲、低於20Hz的次聲,均無法被人耳察覺,但卻同樣對人類有重大影響。

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早期的聲波武器想象圖

頻率低於20Hz次聲波儘管不能被人耳所聽到,但強烈的次聲波仍會給人帶來不適。舉例而言:站在19赫茲的次聲波前,即便將聲強調高到100分貝,人耳仍無法“聽”到到聲音,但由於聲波的壓力是客觀存在的,因此能感覺到震動。據實測,0.5至8赫茲、110分貝的聲音,就能明顯干擾人體肺部,造成呼吸紊亂,甚至可以使骨骼受損,長期的干擾會導致反胃甚至失明。

這種傷害的原理基於一種物理現象:共振。而共振會引起物體和結構的很大變形和動應力,常常引發破壞性後果。

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手持式聲波驅散器

人體器官由特定結構和組織構成,固有頻率大約3~17Hz,其中頭部約8~12Hz,腹部內臟約4~6Hz。由於次聲的頻率與人體器官的固有頻率十分接近,當次聲波作用於人體時,人體器官很容易產生共振,從而造成人體器官的損害。隨著聲波強度的增加,人體會進一步產生血壓升高,全身不適,頭腦平衡功能喪失、嘔吐不止、呼吸困難、肌肉痙攣,甚至會因內臟血管破裂而喪命。

由於次聲波對人體的損害非常明顯,因此有些國家將之用於軍事領域,從而產生了“次聲波武器”。這種武器隱蔽性好、攻擊速度快、傳播距離遠、穿透力極強、不受電子設備干擾,使用時聽不到、看不見、摸不著,又被稱為"無聲殺手"。次聲波武器最早發端於二戰時期的德國,美軍也曾在索馬里和波黑戰爭期間,也試驗過小型化的高功率次聲發生器。當前,次聲波武器的研發難度主要體現在次聲波的定向聚焦、大功率發射等方面。

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軍艦上的聲波武器

頻率高於20000Hz的超聲波,相較於次聲波而言,對人體就要友好的多。超聲波的頻率與人體固有頻率差異很大,因而不會帶來共振的危害。同時,由於超聲波波長更短,因而方向性好,能量較為集中,在水中傳播距離遠。因此,利用聲波的反射、折射、衍射原理,可用於測距、測速、清洗等醫學、軍事和工農業領域。

我們耳熟能詳的B超,就是超聲波在醫學領域的具體應用,通常用於醫學診斷的超聲波頻率範圍在 2~5兆Hz之間。當前,超聲波加溼器、超聲波消毒、超聲波碎石、超聲波探傷等各類應用也越來越廣泛。

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醫學B超對人體無害

於此類似,基於聲波在介質中的反射、折射、衍射、散射等傳播規律,軍事上用來對水中目際進行探測和定位識別,或者用於水中通訊的技術設備,也就是聲吶。

聲吶的原理與雷達相似,屬於水中的聲遙感技術,又被稱為聲波雷達。聲吶可分為主動聲吶、被動聲。主動聲納需要主動發射聲波(聲音),依靠目標反射回來的聲波探測目標;被動聲納則依靠被動接受目標發出的聲音來發現目標,自身並不發射聲波。從原理上來說,次聲波、聲波、超聲波都可以應用於聲吶,但具體使用還是又不小的區別:穿透性上,次聲波最好,設備也最大,超聲波最差;定向性上,超聲波則是最好。

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聲吶探測

從實踐上來看,被動式聲納頻率範圍較廣,範圍大約3Hz-97KHz;而主動式聲納工作頻率較高,範圍約3kHz-97kHz左右。但是,主動聲吶頻率一般都在數十KHz範圍,因為太低的頻率,就會對人體產生共振影響,令讓操作者非常難受;而頻率太高則會帶來系統複雜、成本增大的後果。


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