超低周波音

インフラサウンドは、低周波音または亜音速とも呼ばれ、人間の可聴下限（ANSI/ASA S1.1-2013規格で定義されているように、通常20 Hz ）未満の周波数の音波を指します。 ^[1]周波数が低下すると聴覚は徐々に鈍くなるため、人間がインフラサウンドを感知するには、音圧が十分に高くなければなりません。耳は低音を感知する主な器官ですが、強度が高い場合は、体のさまざまな部分でインフラサウンドの振動を感じることができます。

このような音波の研究は、超低周波音と呼ばれることもあり、20 Hz 未満から 0.1 Hz (まれに 0.001 Hz) までの音をカバーします。この周波数範囲は、地震や火山の監視、地中の岩石や石油層の図化、また、人間の心臓血管系の仕組みを研究するための心弾動図法や地震心電図法に使用されています。

超低周波音は、ほとんど消散せずに障害物を迂回する能力を特徴としています。音楽では、大型パイプオルガンなどの音響導波管方式、または再生用の伝送線、回転式ウーファー、または従来のサブウーファー設計などの特殊なスピーカー設計により、近超低周波音を含む低周波音を生成できます。超低周波音を生成するように設計されたサブウーファーは、市販されているほとんどのサブウーファーよりも1オクターブ以上低い音を再生でき、サイズは10倍ほどになることがよくあります。^[要出典]

超低周波研究の先駆者の一人は、フランスの科学者ウラジミール・ガヴローである。^[2]彼が超低周波に興味を持ったのは、1957年に彼と研究チームが働いていた大きなコンクリートの建物の中でのことだった。グループは、周期的にひどく不快な吐き気の発作に悩まされていた。吐き気の原因について数週間にわたって推測した後 (チームは、病原体か施設内での有毒な化学物質の煙の痕跡不明の漏れであると確信していた)、彼らは「緩く調整された低速モーターが... [これらの]「吐き気を催すような振動」を発生している」ことを発見した。^[2]

ガヴローとチームが振幅とピッチを測定しようとしたとき、彼らは機器が可聴音を検出しなかったことに衝撃を受けた。彼らは、モーターによって生成された音はピッチが非常に低く、生物学的聴力以下であり、録音機器はこれらの周波数を検出できないと結論付けた。誰もそのような低周波の音が存在するとは考えていなかったため、それを検出するための機器は開発されていなかった。最終的に、吐き気を誘発する音は、建物のダクトと構造に共振モードを引き起こし、音を大幅に増幅する、1秒あたり7サイクルの超低周波波であることが判明した。^[2]この思いがけない発見をきっかけに、研究者たちはすぐに研究室でさらなる超低周波テストの準備に取りかかった。彼の実験の1つは、超低周波ホイッスル、つまり特大のオルガンパイプだった。^{[3] [4] [5]}この事件や同様の事件の結果、新しい建築物の建設では、空洞内の超低周波共鳴を検査して排除し、防音材や特殊な音響特性を持つ材料を導入することが日常的になりました。

超低周波音は、自然発生源と人工発生源の両方から発生します。

• 自然現象：超低周波音は、悪天候、波、^[6] 風下波、雪崩、地震、火山、^{[7] [8]} 火球、^[9] 滝、氷山の崩壊、オーロラ、流星、雷、高層大気の雷などによって自然に発生することがあります。^{[10]海洋嵐における}非線形海洋波の相互作用により、マイクロバロムと呼ばれる 0.2 Hz 前後の広範囲にわたる超低周波振動が発生します。^[11] NOAAの超低周波プログラムによると、超低周波アレイを使用してロッキー山脈の雪崩の位置を特定したり、高原で竜巻が地面に着地する数分前にそれを検出したりできます。 ^[12]

• 動物のコミュニケーション：クジラ、ゾウ、^{[13] 、} カバ、^[14] 、サイ、^{[15] 、[ 16 ]、 [17]、} キリン、^[18]、 オカピ、^[19]、 クジャク、^[20]、ワニは、超低周波音を使って遠距離（クジラの場合は数百マイル）とのコミュニケーションをとることが知られています。特に、スマトラサイは、ザトウクジラの歌と類似した、3 Hzという低周波音を発することが示されています。^[16]トラの咆哮には18 Hz以下の超低周波音が含まれ、^[21]ネコ科の動物の喉を鳴らす音は、20～50 Hzの範囲をカバーすると報告されています。^{[22] [23] [24]}また、渡り鳥は、山脈の乱気流などから自然に発生する超低周波音を航行の補助として利用していると示唆されている。^[25]超低周波音は長距離通信にも使用される可能性があり、特にヒゲクジラ（クジラの発声を参照）やアフリカゾウでよく記録されている。^[26]ヒゲクジラの鳴き声の周波数は10 Hzから31 kHzに及び、^[27]ゾウの鳴き声の周波数は15 Hzから35 Hzである。どちらも非常に大きな音（約117  dB）で、数キロメートル離れた場所との通信が可能で、ゾウの場合は最大約10 km（6マイル）の範囲である可能性があり、^[28]クジラによっては数百または数千キロメートルに及ぶ可能性がある。^[要出典]ゾウはまた、固い地面を伝わる超低周波音を発し、数百キロ離れた他の群れが足で感知する。これらの鳴き声は、群れの動きを調整したり、交尾中のゾウがお互いを見つけられるようにするために使われている可能性がある。^[29]

• 人間の歌手：ティム・ストームズを含む一部の歌手は、超低周波音域の音を出すことができる。^[30]

• 人工発生源：超低周波音は、ソニックブームや爆発（化学爆発と核爆発の両方）などの人為的プロセス、またはディーゼルエンジン、風力タービン、特別に設計された機械式トランスデューサー（工業用振動台）などの機械によって発生することがあります。特定の特殊なスピーカー設計も超低周波を再生できます。これには、大型ロータリーウーファーモデルのサブウーファースピーカー^[31]や、大型ホーンロードスピーカー、バスレフスピーカー、密閉型スピーカー、伝送線路スピーカーが含まれます。^{[32] [33]}

一部の動物は、自然災害によって地球を通過する超低周波を感​​知し、これを早期警報として利用すると考えられてきました。その一例が、2004年のインド洋地震と津波です。動物たちは、実際の津波がアジアの海岸を襲う数時間前にその地域から逃げたと報告されています。^{[34] [35]}これが原因であるかどうかは定かではありませんが、動物たちが逃げるきっかけとなったのは超低周波ではなく、電磁波の影響ではないかと考える人もいます。 ^[36]

2013年に米国地質調査所のジョン・ハグストラムが行った研究では、伝書鳩は移動に低周波の超低周波音を利用していることが示唆されている。^[37]

20 Hzは人間の聴覚の通常の低周波限界と考えられています。純粋な正弦波が理想的な条件で非常に大きな音量で再生されると、人間のリスナーは12 Hzという低い音を識別できるようになります。^[38] 10 Hz未満では、鼓膜に圧迫感とともに音の単一サイクルを知覚することが可能です。

約 1000 Hz から、聴覚システムのダイナミック レンジは周波数の低下とともに減少します。この圧縮は等音量レベル曲線で観察でき、レベルがわずかに上昇しただけでも、知覚される音量がかろうじて聞こえるレベルから大きく聞こえるレベルに変わる可能性があることを示しています。人口内の閾値の自然な広がりと相まって、一部の人には聞こえない非常に低周波の音が他の人には大きく聞こえる可能性があるという影響があります。^{[引用が必要]}

ある研究では、超低周波音は人間に畏怖や恐怖の感情を引き起こす可能性があることが示唆されている。また、超低周波音は意識的に知覚されないため、奇妙な出来事や超自然的な出来事が起こっていると漠然と感じさせる可能性もあると示唆されている。^[39]

シドニー大学聴覚神経科学研究所の科学者は、超低周波音が前庭系を刺激して一部の人々の神経系に影響を及ぼす可能性があるという証拠が増えていると報告しており、動物モデルでは船酔いに似た効果が示されている。^[40]

2006年に行われた風力タービンからの騒音放出が近隣住民に与える影響に焦点を当てた研究では、知覚される超低周波音はその強度に応じて不快感や疲労感などの影響と関連付けられており、人間の知覚閾値を下回る超低周波音の生理学的影響を裏付ける証拠はほとんどない。^[41]しかしその後の研究では、聞こえない超低周波音は膨満感、圧迫感、耳鳴りなどの影響と関連付けられており、睡眠を妨げる可能性も認められている。^[42]他の研究でも、タービンの騒音レベルと近隣住民の自己申告による睡眠障害との関連が示唆されているが、この影響に対する超低周波音の寄与はまだ完全には解明されていないと付け加えている。^{[43] [44]}

日本の茨城大学の研究では、脳波検査の結果、風力タービンが発する超低周波音が「現代の大型風力タービンの近くで作業する技術者にとって迷惑であると考えられる」ことが示されたと研究者らは述べている。^{[45] [46] [47]}

音響兵器の専門家であるドルトムント工科大学のユルゲン・アルトマン氏は、超低周波音によって吐き気や嘔吐が起こるという信頼できる証拠はないと述べた。^[48]

コンサートでサブウーファーアレイから出る大音量は、サブウーファーに非常に近い人、特に背が高く痩せている喫煙者に肺虚脱を引き起こす原因となることが指摘されている。 ^[49]

2009年9月、ロンドンの学生トム・リードは、クラブのスピーカーから聞こえる「大きな低音」が「心臓に響く」と訴えた後、突然不整脈死症候群（SADS）でクラブで死亡した。死因審問では自然死との評決が下されたが、専門家の中には、低音が引き金になった可能性があるとコメントした者もいた。^[50]

空気は、トランスデューサーから人体に低周波振動を伝達するのに非常に非効率的な媒体である。^[51]しかし、振動源を人体に機械的に接続すると、潜在的に危険な組み合わせとなる。米国の宇宙計画は、ロケット飛行が宇宙飛行士に及ぼす有害な影響を懸念し、コックピットの座席を振動台に取り付けて「ブラウン ノート」やその他の周波数を被験者に直接伝達する振動テストを命じた。2～3 Hz の周波数で 160 dB という非常に高い出力レベルが達成された。テスト周波数は 0.5 Hz から 40 Hz の範囲であった。被験者は運動失調、吐き気、視覚障害、作業パフォーマンスの低下、コミュニケーション障害に悩まされた。研究者は、これらのテストが「ブラウン ノート」とその影響をめぐる現在の都市伝説の核であると推測している。^{[52] [53] [明確化が必要]}

「低周波ノイズとその影響に関する公開研究のレビュー」^{[54]という}報告書には、人間と動物の高レベルの超低周波音への曝露に関する研究が多数掲載されています。たとえば、1972年にボレドンは42人の若者を7.5Hz、130dBの音に50分間曝露させました。この曝露では、眠気とわずかな血圧上昇が報告された以外は悪影響はありませんでした。1975年にスラーヴとジョンソンは4人の男性被験者を1～20Hzの周波数の超低周波音に8分間曝露させました。最大144dB SPLのレベルで曝露させました。中耳の不快感以外には悪影響の証拠はありませんでした。動物に対する高強度の超低周波のテストでは、細胞の変化や血管壁の破裂など、測定可能な変化が見られました。

1959年にディアトロフ峠で遺体で発見された9人のソ連人ハイカーの死因の一つとして、超低周波音が挙げられる。^[55]

米国： 1～80Hzの周波数の最大レベルは145dB以下。全体レベル（全周波数）は150dB以下。^[56]

ブラウン ノートは、人間の腸内で音響共鳴を起こして便失禁を引き起こすことができるとされる、仮説上の超低周波音です。空気中を伝わる音波を使って「ブラウン ノート」の存在を実証する試みは失敗に終わりました。

2005年2月、テレビ番組『MythBusters』は「ブラウンノート」が現実であるかどうか検証しようとした。彼らは5Hzの周波数と153dBの音圧までの音をテストした。彼らは主要なロックコンサートで使われるタイプのサブウーファーを使用し、より深い低音を拡張するために特別に改造した。噂されていた生理学的効果は実現しなかった。番組はブラウンノートの神話は「打ち砕かれた」と宣言した。^{[58] [59] [60] [61]}

2003年5月31日、英国の研究者グループが大規模な実験を行い、約700人の被験者に、長さ7メートルのプラスチック下水管の端から3分の2の地点に設置された超ロングストロークのサブウーファーから発せられる、聴覚限界に近いレベルで再生される17Hzの柔らかい正弦波を混ぜた音楽を聞かせた。実験的なコンサート（ Infrasonicと題された）はパーセルルームで2回にわたって開催され、各公演で4曲の楽曲が演奏された。各コンサートの2曲では、17Hzの音が下から再生された。^{[62] [63]}

2回目のコンサートでは、17Hzの低音域の曲が入れ替えられたため、テスト結果が特定の楽曲に集中することはなかった。参加者には、どの曲に17Hzの低レベルの近超低周波音が含まれているかは知らされていなかった。この音の存在により、かなり多くの回答者（22%）が不安や悲しみを感じたり、背筋が凍ったり、嫌悪感や恐怖感を覚えたりしたと報告した。^{[62] [63]}

リチャード・ワイズマン教授は、英国科学振興協会に証拠を提出した際、 「これらの結果は、低周波音は、たとえ意識的に超低周波音を感知できないとしても、人々に異常な体験を引き起こす可能性があることを示唆している。一部の科学者は、このレベルの音が幽霊が出るとされる場所に存在し、人々が幽霊によるものだと考える奇妙な感覚を引き起こす可能性があると示唆しているが、私たちの研究結果はこれらの考えを裏付けている」と述べた。^[39]

ハートフォードシャー大学の心理学者リチャード・ワイズマンは、人々が幽霊に起因すると考える奇妙な感覚は、超低周波振動によって引き起こされる可能性があると示唆している。コベントリー大学国際研究法学部の実験官兼非常勤講師であるヴィック・タンディは、同大学心理学部のトニー・ローレンス博士とともに、1998年に心霊研究協会誌に「機械の中の幽霊」と題する論文を執筆した。彼らの研究は、19Hzの超低周波信号が幽霊の目撃情報の原因である可能性を示唆した。タンディはある夜遅く、ウォーリック大学の幽霊が出ると言われる研究室で一人で働いていたとき、非常に不安になり、目の端に灰色の塊を感じた。タンディが灰色の塊のほうを向くと、何もなかった。

翌日、タンディはフェンシングの フォイルのハンドルを万力で固定して作業していた。何も触れていないのに、ブレードが激しく振動し始めた。さらに調査を進めると、タンディは研究室の換気扇が18.98 Hzの周波数を発していることを発見した。これはNASAが18 Hzと発表している目の共振周波数に非常に近いものだった。 ^[64]タンディは、幽霊のような姿を見たのはこれが原因で、眼球が共振することで生じた錯覚だと考えた。部屋の長さはちょうど波長の半分で、机が中央にあったため定在波が生じ、それがフォイルの振動を引き起こした。^[65]

タンディはこの現象をさらに調査し、 「機械の中の幽霊」と題する論文を執筆した。^{[66]彼は、}コヴェントリー大聖堂の隣にある観光案内所の地下室^{[67] [68]}やエディンバラ城^{[69] [70]}など、幽霊が出ると信じられているさまざまな場所で数多くの調査を行った。

NASAラングレーは、これまで不可能だった場所で有用な超低周波音測定を行うことができる超低周波音検出システムを設計・開発しました。このシステムは、 3インチの膜径を持つエレクトレットコンデンサーマイクPCBモデル377M06と小型のウィンドスクリーンで構成されています。^[71]エレクトレットベースの技術は、補助電子機器（プリアンプ）で発生するジョンソンノイズを最小限に抑えるため、バックグラウンドノイズを最小限に抑えます。^[71]

このマイクロフォンは、大きなバックチャンバー容積、プリポラライズドバックプレーン、バックチャンバー内部にある高インピーダンスプリアンプを備えた高膜コンプライアンスを特徴としています。風防は、超低周波音の物質透過率が高いことを考慮して、音響インピーダンスの低い素材で作られており、構造的安定性を確保するのに十分な厚さの壁を備えています。^[72]密閉セルポリウレタンフォームは、この目的に十分対応できることが判明しています。提案されたテストでは、テストパラメータは感度、バックグラウンドノイズ、信号忠実度（高調波歪み）、および時間的安定性になります。

マイクロフォンの設計は、超低周波音の特殊な特性を考慮している点で、従来のオーディオ システムとは異なります。まず、超低周波音は、大気の吸収が非常に低く、屈折ダクトにより地表と成層圏の間で複数回の反射を経て伝播できるため、地球の大気圏を広範囲に伝播します。あまり注目されていない 2 番目の特性は、超低周波音が固体物質を透過する能力が高いことです。この特性は、システムの風防ガラスの設計と製造に利用されています。^[72]

このように、このシステムは音響の応用に有利ないくつかの計測要件を満たしている：（1）特にバックグラウンドノイズの低い低周波マイクロフォンにより、低周波通過帯域内の低レベル信号の検出が可能になる。（2）小型でコンパクトなウィンドスクリーンにより、（3）現場でのマイクロフォンアレイの迅速な展開が可能になる。このシステムには、低周波音源のリアルタイム検出、方位、シグネチャを可能にするデータ収集システムも備わっている。^[72]

超低周波音は、核爆発が起こったかどうかを識別するために使用されるいくつかの技術の1つです。地震および水中音響ステーションに加えて、60の超低周波音ステーションのネットワークは、包括的核実験禁止条約（CTBT）の遵守を監視する任務を負っている国際監視システム（IMS）を構成しています。 ^[73] IMSの超低周波音ステーションは、約1〜9 km ^{2の領域をカバーするアレイに配置された8つの}マイクロ気圧計センサーと空間フィルターで構成されています。^{[73] [74]}使用される空間フィルターは、長さに沿って入口ポートを備えた放射パイプであり、より正確な測定のために風の乱流などの圧力変動を平均化するように設計されています。^[74]使用されるマイクロ気圧計は、約20ヘルツ未満の周波数を監視するように設計されています。^[73] 20ヘルツ未満の音波は波長が長く、吸収されにくいため、遠距離から検出できます。^[73]

超低周波音の波長は、爆発やその他の人間の活動によって人工的に生成される場合もあれば、地震、悪天候、雷などの自然現象によって生成される場合もあります。^[73]法医学地震学と同様に、収集されたデータを分析し、核爆発が実際に発生したかどうかを判断するためのイベントの特徴を明らかにするには、アルゴリズムやその他のフィルター技術が必要です。データは、さらに分析するために、安全な通信リンクを介して各ステーションから送信されます。各ステーションから送信されるデータには、データが本物であるかどうかを確認するためのデジタル署名も埋め込まれています。^[75]

包括的核実験禁止条約機構準備委員会は、地震、水中音響、大気中放射性核種のモニタリングとともに、超低周波音をモニタリング技術の一つとして使用している。モニタリングシステムによってこれまでに記録された最も大きな超低周波音は、2013年のチェリャビンスク隕石によって生成されたものである。^[76]

2017年の映画『ザ・サウンド』では、超低周波音が主要なストーリー要素として使用されている。^{[77] [78]}

フランス・ベルギー合作テレビシリーズ『アストリッドとラファエル』の2020年のエピソード「フェルマータ」では、ラジオ・フランスのパリ本部であるメゾン・ド・ラ・ラジオ・エ・ド・ラ・ミュージックのグランド・オーディトリアムのパイプオルガンに隠された発電機から発せられる超低周波音が殺人兵器として使用されている。

「ゴースト周波数」現象は、テレビシリーズ『Evil , The Demon of the Road』のシーズン 3 エピソード 4 で言及されています。

注記

文献

• ガンダーセン、P. エリック。『ハンディ物理学解答集』。Visible Ink Press、2003 年。
• チェッド、グラハム。『音：通信から騒音公害まで』ダブルデイ＆カンパニー、1970年。
• オキーフ、キアラン、サラ・アングリス。ライブコンサートの場での超低周波音の主観的影響。CIM04: 学際音楽学会議。グラーツ、オーストリア: Graz UP、2004年。132-133。
• ディスカバリーの最大のショーは、2007 年 10 月 7 日日曜日、インドのディスカバリー チャンネルで午後 8 時 (インド標準時間) に放送されました。

無料辞書のウィクショナリーで「超低周波音」を調べてください。

• NOAA 超低周波音波プログラム (アーカイブ)
• 米陸軍宇宙ミサイル防衛司令部監視研究プログラム（アーカイブ）
• ロスアラモスインフラサウンドモニタリング研究所（アーカイブ）
• 1991 年 6 月 15 日のピナツボ山の噴火によって生成された超低周波および音響重力波、田平 誠、野村正博、澤田 芳弘、加茂 康介
• 屋外の超低周波音を測定するための地表下風防 Qamar A. Shams、Cecil G. Burkett、Toby Comeaux NASA ラングレー研究センター、Allan J. Zuckerwar Analytical Services and Material、George R. Weistroffer バージニアコモンウェルス大学