Infrageluid

Infrageluid of infrasoon geluid is geluid met een zo lage frequentie, dat het voor de mens onhoorbaar is. Het bestaat uit zogeheten infrasone trillingen. De term infrasoon komt van het Latijn: infra [onder] en sonus [geluid], dus "beneden het geluid". Infrageluid is strikt genomen dus eigenlijk geen geluid, omdat het voor mensen niet hoorbaar is. In feite zijn het heel langzame trillingen van bijvoorbeeld lucht, grond of water. Infrageluid is voor sommige mensen en bepaalde diersoorten hoorbaar en wordt dan laagfrequent geluid genoemd.

Infrageluid wordt veroorzaakt door geluidsgolven waarvan de frequentie zo laag ligt, dat het menselijk gehoororgaan dit niet meer als geluid kan waarnemen, tenzij het geluid een zeer hoog niveau heeft. Het geluid wordt dus niet door het oor gehoord, maar door het lichaam gevoeld. Meestal ligt de frequentie van infrasone trillingen tussen de 0,001 en 16 hertz. Veelal legt men de zogeheten "onderste gehoorgrens" (de bovengrens van infrageluid) bij 20 of 30 hertz. Het American National Standards Institute hanteert een grens van 20 Hz. Het grensgebied tussen normaal hoorbaar en infrasoon geluid wordt laagfrequent geluid genoemd. De geluiden met frequenties boven de gehoorsgrens heten ultrageluid of ultrasoon geluid. De sterkte van infrageluid wordt gemeten in pascal (Pa) of hectopascal (hPa).

Bronnen van infrageluid
Om infrageluid op te wekken zijn grote verplaatsende volumes lucht, of bewegende oppervlakken, nodig. Bronnen van infrageluid zijn:
Exploderende vulkanen. De gewelddadige erupties van de Etna in de zomer van 2001 zijn in Nederland geregistreerd. Het infrageluid dat vrijkwam bij deze uitbarstingen heeft een afstand van 1800 km afgelegd.
Grote explosies, zoals die van de vuurwerkramp in Enschede.
Hevige stormen.
Vliegtuigen die door de geluidsbarrière gaan, veroorzaken infrageluid. Wanneer een vliegtuig sneller vliegt dan de geluidssnelheid (ca. 340 m/s = 1200 km/uur), ontstaat een karakteristieke dubbele knal. Deze wordt veroorzaakt door de samendrukking van de lucht aan de voorzijde van het vliegtuig en een tekort aan lucht aan de achterzijde. Op grotere afstand is het geluid niet meer hoorbaar en reist verder als onhoorbaar infrageluid.
Bovengrondse kernbomproeven.
Meteorietinslagen. Door de enorme snelheid van meteoren kunnen deze bij het binnentreden van de atmosfeer als gevolg van snelle verhitting exploderen. Een meteoor kan infrageluid veroorzaken tijdens de explosie of gedurende zijn supersoon traject door de atmosfeer.
Zware industrie en windturbines.

Meting 
Voor het meten van infrageluid gebruikt men een microbarometer. De meeste microfoons zijn te ongevoelig voor deze lage frequenties. Het KNMI heeft een microbarometer ontwikkeld om infrageluid te registreren. Een microbarometer is een zeer gevoelige -vandaar micro- en hoog frequente variant van de barometer. De microbarometers worden in arrays, een serie van instrumenten, geplaatst zodat de richting waarvandaan het infrageluid komt bepaald kan worden.

De geluidsgolven worden in veel gevallen ook rechtstreeks door seismometers geregistreerd. De passerende drukgolf brengt namelijk ook de bodem in beweging. Dergelijke "seismische" registraties zijn vaak moeilijk als een akoestisch signaal te herkennen. Dit verschijnsel doet zich voor sinds 1980 in het noorden van Nederland. Aardbevingen als gevolg van de gaswinning worden vaak op dezelfde wijze ervaren als schokgolven van supersoon vliegverkeer. Schokgolven afkomstig van militair vliegverkeer boven de Noordzee en van de Concorde zijn vaak op de seismische registraties zichtbaar.

Met een array van microbarografen of laagfrequente microfoons is het mogelijk de richting waaruit het signaal komt vast te stellen. Met twee arrays is het dus mogelijk de plaats van de bron te bepalen.

Infrageluid in de atmosfeer
Hele trage luchtdrukvariaties worden veroorzaakt door onder andere meteorologische fenomenen. Veranderingen vinden plaats gedurende uren waardoor de frequentie vele malen lager is dan 20 hertz. Infrasoon geluid, of kortweg infrageluid, manifesteert zich met frequenties hoger dan die van weersveranderingen maar lager dan voor de mens hoorbaar. Infrageluid kan zich over zeer lange afstanden door de atmosfeer voortplanten, omdat het nauwelijks wordt geabsorbeerd.

Infrageluid door kernexplosies
Kernexplosies in de atmosfeer produceren een infrasone golf die zich over duizenden kilometers kan voortplanten.

Wereldwijd wordt een netwerk gerealiseerd van instrumenten die infrageluid meten, ter verificatie van het kernstopverdrag. De detectie van infrageluid is een van de vier technieken die wordt toegepast bij de verificatie van het kernstopverdrag, internationaal aangeduid als het Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty (CTBT).

In het kader van het kernstopverdrag wordt in 2006 het infrageluid gemeten met 60 arrays van microbarografen. Dit netwerk kan waar dan ook ter wereld een kernexplosie waarnemen met een grenswaarde van ongeveer 1 kiloton TNT.

Voorkomen in de natuur
Infrasone trillingen kunnen in de vrije natuur ontstaan door zeegolven, lawines, aardbevingen, vulkanen en meteoren. Infrasone trillingen kunnen ook ontstaan door toedoen van de mens, bijvoorbeeld door zowel chemische als nucleaire ontploffingen.

Natuurrampen
Sommige diersoorten kunnen deze trillingen waarnemen en gaan die dan interpreteren als waarschuwing. Een erg bekend voorbeeld hiervan is de zeebeving in de Indische Oceaan (2004). Er werd toen gemeld dat dieren wegvluchtten van de kusten en veiliger oorden landinwaarts gingen opzoeken. Sommige wetenschappers schrijven dit gedrag niet toe aan infrasone trillingen, wel aan elektromagnetische golven.

Wetenschappers hebben bij toeval ontdekt dat bepaalde delen van een tornado infrasone trillingen opwekken. De grootte van de tornado is omgekeerd evenredig met de opgewekte frequenties. Het feit dat deze trillingen op heel grote afstand waarneembaar zijn wordt gebruikt om een waarschuwingssysteem op te baseren.

Communicatie bij dieren
Sommige dieren, zoals walvissen en olifanten gebruiken infrageluid om over grote afstanden onderling te communiceren. Sommige soorten walvissen schijnen ook infrageluid te gebruiken om hun prooidieren, inktvissen te verlammen. Om laagfrequent geluid met enige sterkte te produceren moet het dier zelf ook groot zijn. Ook de tijger kan vrij lage frequenties voortbrengen. Van neushoorns, giraffen en alligators is eveneens bekend dat ze infrasone trillingen gebruiken om te communiceren.

De afstanden waarover de communicatie verloopt zijn afhankelijk van de diersoort. In het geval van een walvis gaat het over meerdere kilometers. Een mens kan met zijn stembanden geen laagfrequent geluid maken.

Invloed op gezondheid

Hersenschade
In 2021 is een wetenschappelijke publicatie verschenen waarin onderzoek werd beschreven naar de mogelijke effecten van blootstelling aan infrasoon geluid (onhoorbare trillingen) op de gezondheid en de menselijke hersenen. Gedurende 28 nachten werden 23 proefpersonen blootgesteld aan infrasoon geluid (6 Hz, 80–90 dB) in de slaapkamer. De rest van de groep (15 proefpersonen) kreeg ook een kastje in de slaapkamer, maar hier kwamen geen trillingen uit (controlegroep). Mensen werden willekeurig ingedeeld in een groep en de groepen waren identiek in samenstelling. Voorafgaand aan het onderzoek zijn hersenscans (fMRI) gemaakt van de proefpersonen. De scans werden na afloop van het onderzoek herhaald. Op die manier kon gekeken worden of het infrasoon geluid invloed op de hersenen had (met een controlegroep). Het bleek dat 28 dagen blootstelling aan het infrasoon geluid zorgt voor afname van grijze stof in het somatomotorische en cognitieve deel van het cerebellum (bilateraal, VIIIa) en de auditieve cortex (gyrus angularis, area angularis van Brodmann). Bij de controlegroep was dit niet het geval, waarmee er aanwijzingen zijn dat deze hersenbeschadiging veroorzaakt kan worden door onhoorbare trillingen. De onderzoekers noemen hun onderzoek baanbrekend en roepen op tot grootschalig onderzoek naar de effecten van infrasoon en laagfrequent geluid die komen van zware industrie en windturbines.

Gevaar
Indien mensen aan frequenties tussen ongeveer 0 en 100 Hz blootgesteld worden, treden afhankelijk van de frequentie bepaalde fenomenen op, deze kunnen meerdere uren nodig hebben om weer helemaal te verdwijnen. Meerdere onderzoekers hebben zichzelf schade toegebracht toen ze, al dan niet bewust, met infrasone trillingen experimenteerden.

Referenties

Akoestiek