Волны низкой частоты¶

Волны низкой частоты — это электромагнитные или акустические колебания, лежащие в нижней части соответствующего частотного диапазона. В акустике под низкими частотами обычно понимают звуковые волны примерно от 20 Гц до 250–500 Гц, то есть нижнюю часть слышимого человеком спектра (20–20 000 Гц). В радиотехнике и радиофизике низкочастотным соответствует диапазон 3–30 кГц (сокращённо НЧ, от англ. LF — Low Frequency), а в широком смысле к нему относят и более низкие — очень низкие (ВЧ, 3–30 кГц), инфразвук (ниже 20 Гц) и ультразвуковые колебания сверхнизкой частоты. Основная физическая особенность низкочастотных волн — большая длина волны, которая определяет их способность огибать препятствия, распространяться на большие расстояния и глубоко проникать в различные среды.

¶Физические свойства

Длина волны обратно пропорциональна частоте: при скорости звука в воздухе около 340 м/с звук частотой 100 Гц имеет длину волны 3,4 м, а частотой 20 Гц — 17 м. Радиоволна диапазона НЧ (30 кГц) в вакууме имеет длину около 10 км. Такие длинные волны распространяются преимущественно вдоль поверхности Земли (поверхностные волны), слабо затухают и огибают горизонт, что позволяет использовать их для связи на глобальных расстояниях.

Низкочастотные волны обладают свойством дифракции на объектах, сопоставимых с длиной волны, поэтому хорошо «обтекают» здания, рельеф и другие препятствия. В водной среде низкочастотные акустические волны затухают значительно меньше, чем высокочастотные, что делает их основным инструментом подводной акустики и гидролокации.

¶Классификация

По частотному диапазону волны низкой частоты подразделяются следующим образом:

¶Акустические низкочастотные волны

¶Природные источники

К естественным источникам низкочастотного звука относятся землетрясения, извержения вулканов, штормы, грозы (электромагнитные излучения молний в диапазоне инфразвука), а также звуки, издаваемые крупными животными: слоны, киты, некоторые птицы используют низкие частоты для общения на больших расстояствах. Пение китов, в частности, содержит компоненты в диапазоне 10–200 Гц, которые распространяются в океане на тысячи километров.

¶Техногенные источники

К техногенным источникам относятся двигатели внутреннего сгорания, вентиляторы, трансформаторы, промышленное оборудование, железнодорожный и автомобильный транспорт. Низкочастотный шум от таких источников представляет серьёзную экологическую проблему: он проникает через стены и окна жилых зданий, не поддаётся обычной звукоизоляции и при длительном воздействии вызывает у людей утомление, раздражительность, нарушения сна и головные боли.

¶Музыкальный диапазон

В музыке низкочастотные инструменты формируют басовый фундамент звучания: контрабас (как правило, 41–200 Гц), бас-гитара (41–400 Гц), басовые трубы, орган. Низкочастотные колебания воспроизводятся сабвуферами — акустическими системами, рассчитанными на диапазон примерно 20–200 Гц.

¶Электромагнитные низкочастотные волны

¶Радиосвязь

Радиоволны диапазона НЧ (30–300 кГц) и ВЧ (3–30 кГц) используются для связи с подводными лодками (поскольку только длинные волны проникают в воду на значительную глубину), для радионавигации и передачи стандартов времени. В России действует сеть передатчиков точного времени и частоты, включающая объекты в Москве, Новосибирске, Екатеринбурге и других городах.

¶Биомедицинские применения

Электромагнитные поля сверхнизкой частоты (50–60 Гц) изучаются в контексте их влияния на живые организмы. В медицине низкочастотная магнитотерапия и электростимуляция применяются для лечения заболеваний опорно-двигательного аппарата, ускорения регенерации тканей и обезболивания. Низкочастотные электромагнитные поля от линий электропередачи и бытовых приборов являются объектом научных исследований их возможного влияния на здоровье.

¶Применение

Основные направления практического использования волн низкой частоты:

• Сейсморазведка — инфразвуковые и низкочастотные сейсмические волны позволяют исследовать строение земной коры на глубины до нескольких десятков километров.
• Гидроакустика — низкочастотные гидролокаторы используются для поиска подводных объектов, картографирования дна и исследования морских млекопитающих.
• Подводная связь — только длинные волны обеспечивают связь с глубинными аппаратами.
• Мониторинг ядерных взрывов — международная система контроля (CTBTO) фиксирует инфразвуковые волны от подземных и воздушных ядерных испытаний.
• Шумозащита — проектирование зданий и городских зон с учётом низкочастотного шума.

Исторически первые в области низкочастотных исследований были работы русских учёных: Лев Термен в 1920-х годах разрабатывал низкочастотные генераторы для медицинских и военных целей, а в области акустики значительный вклад внесли исследования морского подводного звука, проводившиеся в СССР в 1930–1950-е годы.

Источники:

• Большая российская энциклопедия: статьи «Низкие частоты», «Инфразвук», «Акустика»
• Физическая энциклопедия: «Электромагнитные волны», «Дифракция»
• ГОСТ Р 52204-2004 «Защита от шума в строительстве и городском хозяйстве»
• Н. А. Дубровский, Б. Д. Татарский. «Физика низкочастотных электромагнитных полей»
• С. Н. Ржевкин. «Курс общей физики»