บรรยากาศของเราเต็มไปด้วยเสียงที่เราไม่ได้ยิน โลกฮัมเพลง; ภูเขาไฟคำราม ป๊อป และนกหวีด; พายุคำรามอย่างน่ากลัว และอุกกาบาตก็กรีดร้องก่อนที่จะระเบิดขึ้นสูงเหนือพื้นดิน เราไม่สนใจซิมโฟนีตลอดกาลนี้เพราะมันเกิดขึ้นที่ความถี่ต่ำกว่าขีดจำกัดล่างของการได้ยินของมนุษย์ หรือที่เรียกว่าอินฟราซาวน์
หูของคนเราไวต่อเสียงที่มีความถี่ประมาณ 20 ถึง 20,000 Hz คลื่นช่วงกลางเหล่านี้จะสูญเสียพลังงาน
อย่างรวดเร็ว
ซึ่งหมายความว่าเราจะได้ยินเฉพาะเสียงที่มาจากบริเวณใกล้เคียงเท่านั้น แต่เสียงมีอยู่ทั้งด้านบนและด้านล่างของช่วงเสียง เช่น อัลตราซาวนด์สามารถมีความถี่ได้หลายเมกะเฮิรตซ์ อัลตราซาวนด์จะสลายตัวอย่างรวดเร็วและไม่สามารถตรวจจับได้ไกลจากแหล่งกำเนิด ซึ่งมีประโยชน์สำหรับการถ่ายภาพ
ทางชีวภาพ แต่ด้วยความถี่ที่ต่ำเพียงไม่กี่มิลลิเฮิรตซ์ อินฟราซาวด์สามารถเดินทางได้ไกลหลายพันกิโลเมตร การปะทุของภูเขาไฟกรากะตัวในอินโดนีเซียในปี พ.ศ. 2426 นั้นแสดงให้นักวิทยาศาสตร์เห็นว่าสิ่งที่เราได้ยินเป็นเพียงส่วนแคบๆ ของสเปกตรัมอะคูสติกทั้งหมด การปะทุครั้งนี้สร้างเสียงที่ดังที่สุด
ในประวัติศาสตร์ และได้ยินชัดเจนอยู่ห่างออกไปประมาณ 4,800 กม. บนเกาะมอริเชียส อย่างไรก็ตาม บารอมิเตอร์ซึ่งไวต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปของความกดอากาศไม่ได้บันทึกเหตุการณ์กลียุค ผู้คนส่วนใหญ่ในโลกจะรู้เรื่องนี้จากปากต่อปากเท่านั้น เครือข่ายระดับโลกของบารอมิเตอร์
ช่วยให้นักวิจัยสามารถเข้าสู่โลกของอินฟราซาวน์ที่ไม่เคยได้ยินมาก่อนได้อย่างละเอียด คล้ายกับวิธีที่คลื่นวิทยุขยายการมองเห็นจักรวาลของเราที่ความยาวคลื่นต่ำ อินฟราซาวด์ช่วยให้เราสามารถสำรวจคุณสมบัติทางเสียงของบรรยากาศในรูปแบบใหม่ นักวิจัยหวังว่า จะช่วยให้เราสามารถดักฟังพายุ
หรืออุกกาบาตที่อยู่ห่างออกไป 1,000 กม. หรือบางทีอาจเป็นการระเบิดของภูเขาไฟขนาดใหญ่ในอีกด้านหนึ่งของโลก นักวิจัยหวังว่า จะทำให้เราเข้าใจชั้นบรรยากาศและภายในของโลกมากขึ้น นอกจากนี้ยังช่วยปรับปรุงความสามารถของเราอย่างมากในการติดตามการทดสอบอาวุธนิวเคลียร์
เปรี้ยงปร้างโลก
เสียงสามารถอธิบายง่ายๆ ได้ว่าเป็นการสั่นสะเทือนของวัสดุ ตัวอย่างเช่น เสียงในบรรยากาศคือการเคลื่อนไหวเป็นจังหวะไปมาของอากาศ แม้ว่าในตอนแรกแหล่งกำเนิดเสียงอาจรบกวนปริมาณอากาศเพียงเล็กน้อย แต่เมื่อมีการเคลื่อนไหว อากาศจะยังคงสั่นเหมือนสปริงจนกว่าพลังงานในการเคลื่อนไหว
จะสูญเสียไป ตามกฎทั่วไป ยิ่งปริมาณอากาศที่ถูกรบกวนในขั้นต้นน้อยลงเท่าใด ความถี่ของเสียงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังนั้นในการผลิตอินฟราซาวด์ แหล่งกำเนิดต้องสามารถเคลื่อนย้ายอากาศปริมาณมากได้
สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดใหญ่บางชนิด เช่น ช้าง แรด และวาฬ เป็นที่รู้กันว่าใช้อินฟราซาวด์
ที่ความถี่ต่ำกว่า 20 Hz เพื่อสื่อสารกันในระยะทางหลายกิโลเมตร อินฟราซาวด์ที่มนุษย์สร้างขึ้นที่ความถี่ระหว่างประมาณ 0.1 ถึง 10 เฮิรตซ์ยังถูกผลิตขึ้นจากการระเบิดทางเคมีหรือนิวเคลียร์ขนาดใหญ่ จรวด และเครื่องบินความเร็วเหนือเสียงอีกด้วย แต่แหล่งที่มาหลักของอินฟราซาวด์คือโลกเอง
ซึ่งสร้างคลื่นเสียงที่ความถี่ต่ำกว่ามากจากการปะทุของภูเขาไฟ ทอร์นาโด หิมะถล่ม แผ่นดินไหว อุกกาบาต แสงออโรร่า พายุ และความปั่นป่วนในชั้นบรรยากาศ อินฟราซาวด์ยังมาจากภายในที่เป็นของแข็งของโลกโดยตรง ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่องหรือ “ฮัม”
ด้วยความถี่เพียงไม่กี่มิลลิเฮิรตซ์ เป็นไปได้ที่จะรู้สึกถึงอินฟราซาวด์รุนแรงที่ความถี่สูงกว่าประมาณ 1 Hz เช่น เมื่อยืนอยู่ที่เชิงทางวิ่งเมื่อเครื่องบินเจ็ตลำใหญ่บินอยู่เหนือศีรษะ อินฟราซาวน์ยังสามารถทำให้เกิดความรู้สึกไม่สบายใจ เช่น ในปี 2003 นักวิจัยในสหราชอาณาจักรพบว่าอินฟราซาวน์สามารถกระตุ้น
ให้ผู้ชม
รู้สึกเศร้าและวิตกกังวลได้โดยการปั๊มคลื่นอะคูสติกที่มีความถี่ 17 Hz เข้าไปในคอนเสิร์ตฮอลล์
บรรยากาศแบบไดนามิก เพื่อให้เข้าใจถึงโลกอินฟราโซนิก เราจำเป็นต้องรู้อย่างแม่นยำว่าอินฟราซาวนด์แพร่กระจายผ่านชั้นบรรยากาศอย่างไร เนื่องจากเสียงเป็นคลื่นกล จึงคล้ายกับคลื่นไหวสะเทือน
แบบบีบอัดที่เคลื่อนที่ผ่านภายในของโลก แต่วิธีการแพร่กระจายของคลื่นอินฟราโซนิกนั้นแตกต่างอย่างมากจากคลื่นไหวสะเทือนเนื่องจาก “โครงสร้างความเร็ว” ของชั้นบรรยากาศที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เช่นเดียวกับปรากฏการณ์คลื่นอื่นๆ อินฟราซาวด์จะเปลี่ยนทิศทางหรือหักเหเนื่องจากการเปลี่ยนแปลง
ความเร็วของตัวกลางที่คลื่นผ่าน (สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมอัลตราซาวนด์จึงสามารถสร้างภาพที่คมชัดภายในร่างกายได้) ในบรรยากาศ ความเร็วของคลื่นอินฟราซาวด์จะแปรผันโดยตรงกับรากที่สองของอุณหภูมิสัมบูรณ์ของอากาศ และยังได้รับผลกระทบจากทิศทางของลมด้วย
อย่างไรก็ตาม ทั้งอุณหภูมิและทิศทางลมยังขึ้นอยู่กับระดับความสูง ตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ ช่วงเวลาของวันและช่วงเวลาของปี ซึ่งทำให้สิ่งต่างๆ ซับซ้อนมาก ตัวอย่างเช่น อินฟราซาวด์หักเหกลับมายังพื้นผิวโลกจากภายในสตราโตสเฟียร์ (ซึ่งมีอยู่ที่ระดับความสูง 20-50 กม.) และเทอร์โมสเฟียร์
(ระดับความสูงมากกว่า 85 กม.) เนื่องจากอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้นในชั้นเหล่านี้ ในชั้นบรรยากาศที่ต่ำที่สุด 10 กม. (โทรโพสเฟียร์) อุณหภูมิจะลดลงตามระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น แต่อินฟราซาวน์ยังสามารถหักเหกลับสู่พื้นได้จากชั้นนี้เนื่องจากลมแรง
เพื่อศึกษาปรากฏการณ์อินฟราโซนิกจากระยะไกล เราจำเป็นต้องคำนึงถึงโครงสร้างไดนามิกของบรรยากาศ ในปี พ.ศ. 2543 นักธรณีฟิสิกส์ ในสหรัฐอเมริกาได้พัฒนาวิธีการดังกล่าวโดยอิงจากแบบจำลองการพยากรณ์อากาศเชิงตัวเลขและการวัดจากการทดลองที่เกิดจากบอลลูน แบบจำลองของเขา
