Infralyd-det ukjente miljøproblemet

Infralyd er uhørbar støy. Det er lydsvingninger som er for dype til at det menneskelige øret kan oppfatte den. Men til tross for det, kan vi utmerket bli syke av den. Noen mener til og med at kraftig infralyd virker like negativt på hjernen som alkohol. Men infralyd er ikke bare noe vi bør passe oss for. Allerede idag brukes infralyd-anlegg til å overvåke kostbare maskiner og til rensning af fyringsanlegg. En gang i fremtiden vil vi kansje også bruke en vaskemaskin med infralyd istedenfor såpe og vann.

Av professor Alv Egeland (Kilde Viten 2/87-Akustikk)

(Gennem hele 1998 har der været en heftig offentlig debat om begrebet infralyd i pressen. Det er derfor oplagt, at genfremtage og genfremhæve denne artikel, som også idag må siges, at være yderst aktuell.)

Menneskenes aktivitet og trivsel beror i stor grad på evnen til å kommunisere med hverandre, noe som bare er mulig dersom bakgrunnsstøyen er forholdsvis lav.

All intens baggrunsstøy er ubehagelig og kan også være farlig. Det er derfor tankevekkende at støyproblemerne i industrialiserte samfunn stadig øker, til tross for at det brukes økende summer for å holde støyen under kontroll.

Heldigvis er det fortsatt svært få som behøver hørselvern i sitt normale, daglige liv, men det er vel ingen som ikke har hatt ubehag på grunn av støy i både arbeids- og bomiljøet.

"Lydløs støy"

Infralyd er en neglisjert del av det akustiske spektrum. Til tross for at den er en dominerende støykilde i mange arbeidsmiljøer, er man først blitt opmerksom på infralyd i løpet av de siste 25 år.

Kort fortalt består infralyd av svingninger i området mellom 0.003 og 20 Hz, dvs. den delen av det akustiske spektret som ligger under det hørbare området.

Det er imidlertid ingen skarp grense i spektret mellom hørbar og ikke hørbar lyd. Et normalt øre kan oppfatte lyd ned til ca. 1 Hz om intensiteten av signalet er ca. 140 dB over terskelverdien ved 1000 Hz, men lydens tonale karakter opphører nær 15 Hz.

Under 15 Hz er sanseinntrykkene vanskelige å beskrive. Det er ikke lett å skille mellom lydbølger, vibrasjon og/eller bevegelse på ujevnt underlag. Forøvrig er det viktig å være oppmerksom på at bare små intensitetsøkninger over høreterskelen i hele infralydområdet fører til ubehag, ja, endog skader.

Infralyd har altså ingen tonal karakter - den produserer ingen kjente lyder. Dettee er sannsynligvis hovedårsaken til at den "lydløse støyen" har unngått forskernes oppmerksomhet helt til man i begyndelsen av 1960-årene trengte nye metoder for å avsløre atomeksplosioner i den øvre atmosfære. Til dette formålet viste nemlig infralyd-bølger seg å være velegnede.

Grunnen til dette er at infralyden kan utbre sig flere tusen kilometer uten å bli absorbert.

Infralyd mistenkes for ulykker

Det er satt frem påstander om at enkelte ulykker med overlydsfly kan skyldes infralyd. Det er også blitt antydey at infralyd kan være en alvorlig ulykkesfaktor i tog- og biltrafikk, fordi den uhørlige støyen påvirker hjernen på tilnærmet samme måte som alkohol.

Da meget få systematiske undersøkelser av hvordan infralyd påvirker oss mennesker er utført, er det idag ikke mulig å legge frem sikre beviser for at slik "infralyd-beruselse" forekommer. Sikkert er det imidlertid at kraftig infralyd er et alvorlig miljøproblem.

Foreløpige resultater av undersøkelser om hvordan mennesker i høyhus (tyve etasjer eller mer), i biler og på flyplasser påvirkes af infralyd, er lagt frem. De antyder at mennesker som utsettes for infralyd føler seg svimmel og uvel, ofte får vondt i hodet, lett blir trette og har søvnproblemer. Dette er tilfelle selv om intensiteten av infralyden er relativt svak (80-90 dB). Flere sa at de følte seg sjøsyke.

Sterk lyd er farlig

For at biologiske skader av infralyd skal kunne oppstå, trengs intensiteter på ca. 170 decibel (dB), noe som heldigvis sjelden forekommer. Men også kortvarig påvirkning av infralyd nær 160 dB er farlig og uutholdelig.

Infralyd kan gi opphav til subjektive følelser av vibrasjoner i kroppen.

Om vi utsettes for infralyd over et lengere tidsrom, kan det føre til alvorlige stressvirkninger. For mennesker som må arbejde i et inframiljø, virker det som om prestasjonsnivået avtar og reaksjonstiden øker.

I enkelte tilfeller er det dokumentert vanskeligheter med å puste, forandring i blodtrykket, tale- og balanseproblemer, samt at synet er blitt påvirket. Slike effekter opptrer sannsynligvis først ved lydstyrker større enn ca. 130 dB. Virkningerne er gjerne større hos eldre eller syke mennesker.

Infralyd kan ikke høres, men påvirker like fullt den menneskelige organisme. Vulkanutbrudd, jordskjelv og kraftige uvær er naturlige kilder til infralyd, men også biler, overlydsfly og mange andre maskiner kan forårsake kraftige infralydsvingninger.

Infralydkilder

Enhver fast overflate (som f. eks. membranen i en høytaler) som svinger mellom 0,003 og 20 ganger i sekundet, lager infralyd. Lydbølger er endringer i trykket i forhold til den omgivende atmosfæren. Naturlige kilder er ut over ovennevnte kraftige uvær med intense lavtrykk, lynutladninger, nordlys og store havbølger. Støy i forbindelse med slike sjokbølger (dvs. hurtige og intense endringer) er spesielt ubehagelig.

Infralyd kan også komme fra kompressorer og dieselmotorer, transformatorer, oljebrennere, elektroovner, motorer og fryseanlegg. Kjøring med bil og tog fører til høye infralyd-nivåer for passasjerene. I mange ventilasjonsanlegg er støynivået betydelig større enn innenfor de hørbare frekvensene.

Alle fly generere trykkvariasjoner. Spesielt fly med hastigheter større enn lydhastigheten, supersoniske fly-produserer intens støy under det hørbare området. På helikoptre er rotoren den viktigste infralydgeneratoren. Og det produseres også betydelige mengder infralyd ved bruk av romferger og andre store bæreraketter i romforskningen.

Mindre biler gir mer støy

Støy i motordrevne kjøretøyer kommer fra motoren, fra luften som strømmer rundt kjøretøyet og fra et ujevnt underlag. Det siste er spesielt viktig for frekvenser over 15-20 Hz.

Infralyd-nivået varierer mellom forskjellige typer biler, fordi ulike biler har hver sin egenresonans. Generelt kan man si at jo mindre bilen er, desto større er infralydnivået, mens infralyden inne i busser og lastebiler har et tilsvarende nivå som for store biler.

Infralydnivået i en bil øker med økende hastighet. Dette går tydelig frem av følgende tabell, som viser infralydnivået basert på mange målinger i en minibuss:

70 km/t - 103 dB i infralydnivå

80 km/t - 105 dB i infralydnivå

90 km/t - 110 dB i infralydnivå

Ved hastigheter over ca. 80-90 km/t er det støyen fra turbulensen på utsiten av bilen som dominerer. Dersom man åpner et vindu i bilen, vil infralyd-støyen øke betydelig.

Turbulens-strømninger rundt bilen fører nemlig til at lufttrykket inne i bilen varierer betydelig mer dersom vi åpner et vindu. På denne måten forsterkes infralyden betraktelig. Når støynivået over et bredt frekvensområde overstiger 110 dB i lengere perioder, begynner støyen å bli uutholdelig. Så kraftig lyd forkommer i alle biler ved hastigheter over ca. 90 km/t og med ett vindu åpent.

Vi har foretatt endel interessante infralyd-målinger ved både tog- og bilkjøring i tunneler, med følgende konklusjon: Dersom tverrsnittet på toget eller bilen er lite (en femtedel eller mindre av tunnelåpningen), er støynivået tilnærmet det samme som en vanlig motorvei. Hvis man holder 80 km/t og inne i tunnelen møter en bil med samme hastighet, øker imidlertid infralyd-nivået med opptil 20 dB. Ved kjøring i tunneler med mindre åpning er støynivåene betydelig større.

Ved hastigheter på 80 km/t har vi registrert støynivåer opptil 145 dB inne i tunnelen. Selv om disse er kortvarige, er intensiteten ikke langt fra det som kan ha fysiologisk merkbare virkninger. Dersom hastighetsgrensene i biler og tog skulle bli økt betydelig, vil det være helt nødvendigt å finne metoder for å redusere infralydstøyen.

Selv om det er vanskelig å påvise redusert arbeids- og konsentrasjonsevne på grunn av infralyd-påvirkning i relativt kort perioder, mener flere eksperter at påvirkning av intens infralyd i lengre peroder (timer) kan føre til mikrosøvn. I løpet av ett sekund vil en bil eller et tog ved normal fart bevege sig ca. 30 m. Selv mikrosøvn perioder som varer bare ett sekund er derfor et meget alvorlig problem for en bil-eller togfører.

Systematiske studier av støyen i biler og tog innen frekvensområdet 0,1 til 20 Hz er også et neglisjert forskningsområde. Endel sporadiske målinger er utført i de siste 10-20 årene, og resultaterne viser høye støynivåer som ofte overstiger sjenansegrensen for et normalt øre. For yrkesførere vil infralyd-støy over 110 dB bidra til hørelsesskader.

Helikoptere kan identifiseres

Helikoptere har etterhvert blitt et vigtig transportmiddel både for sivilie og militære formål. Støyen fra helikoptre er derfor av betydelig interesse. Rotorene står for det aller meste av infralyden, og ethvert helikopter har sitt eget, karakteriske lydbilde. Ved nøyagtige målinger kan man faktisk identifisere enhver helikoptertype på grunnlag av lydbildet. Man kan til og med oppdage eventuelle tekniske feil med slike lydmålinger, og målingerne kan utføres selv om helikopteret er under horisonten.

Skinnende rent - med infralyd!

Infralyd har ikke bare skadevirkninger, den kan også utnyttes positivt. Og den kan brukes til mer enn funksjonskontroll av helikoptre-bl.a. til rensning av tøy!

Tekn. lic. Mats Olsson har konstruert et infralydapparat som ble brukt til rensing av gamle, verdifulle tekstiler og klær ved Etnografiska Museet i Stockholm. En relativt hurtig vibrasjon fra en kraftig infralydgenerator viste seg å rense tekstilene både rask og effektivt. Klesmøll og støvpartikler ble "blåst" vekk, og metoden har vist seg nyttig når det gjelder å rense gamle tekstiler som har ligget nedpakket lenge i kister og kasser.

Det arbeides nå med å utvikle "vaskemaskiner" hvor infralyd inngår som en viktig del av rengjøringen. Fortsatt er dette på eksperimentstadiet, men mye tyder på vi vil oppleve store fremskritt på dette området i løpet av få år.

Mats Olsson har også demonstrert at peiser, ovner og store fyringsanlegg virker mye bedre dersom man anvender infralyd i selve bålet. Flammerne brenner med større intensitet (dvs. ved høyere temperatur), og de flammer i alle retninger. Forbrenningen blir derved mer fullstendig, med mindre avgasser, røyk og sot. Det betyr i sin tur at man sparer energi ved at brennstoffet utnyttes bedre.

Fyring med infralyd øker faktisk virkningsgraden og dermed den totale effektiviteten med mange prosent. De fleste forsøk til nå er utført ved lydtrykk litt over 120 dB ved en frekvens nær 20 Hz. Som eks. kan nevnes at det maksimalt tar et par minutter å få kull rødglødende, mens det i vanlig grill/peis uten infralyd tar 25-30 minutter.

Et større antall infralyd-anlegg er også tatt i bruk for å fjerne støv og sotpartikler fra større forbrenningsanlegg. Solide metallvegger reflekterer infralyd-bølger mange ganger, man får en jevn fordeling over hele volumet og så å si ingen lyd utenfor anlegget. Man kan faktisk se at anleggene blir skinende rene med infralyd.

Den akustiske maskindoktoren

Professor Ludwig Liszka har konstruert en såkalt "maskindoktor". Denne infralydapparaturen brukes til kontinuerlig overvåking av følsomme maskiner og rapporterer de mindste tegn til uregelmessigheter via telefon til en sentral. Lena Söderberg er en av måleingeniørene som med det nye systemet regelmessig overvåker et titalls maskiner i Sverige og Norge.

Store maskiner og motorer som bryter sammen, kan medføre betydelige problemer i enhverv industri. Kontinuerlig overvåkning for å oppdage problemer på et tidlig tidspunkt, er derfor fremsynt politikk.

Professor L. Liszka har konstruert en ny "maskindoktor" for overvåkning av følsomme maskiner. Detektorer eller mikrofoner som er følsomme for lydbølger monteres så nær som mulig lager, gearkasser, drivremmer og rotorer. Disse enhetene "lytter" og sender alle lydsignalene videre til en datamaskin, som vet nøyagtig hvordan lyden skal være ved normal drift. Straks fremmede lydsignaler opptrer eller lyden forsvinner, kommer beskjeden: Stopp for kontroll. På denne måten oppdages de fleste feil på et tidlig tidspunkt. Kostbare avbrekk eller nyanskaffelser kan unngås, og utgifter til servicepersonell kan reduceres.

Kan gi nye informasjoner om den øvre atmosfære

En kraftig eksplosjon eller et sterkt tordenvær vil vi normalt bare høre dersom det er mindre enn et par kilometer unna.

Hvis vi registrerer i infralyd-området, kan vi "lytte" på kilder som er mer enn 3-4000 kilometer unna.

Kvaliteten av slike langdistanse-registreringer av infralyd beror mye på tilstanden i den øvre atmosfære, dvs. på refleksjonlagene. De to viktigste faktorene er temperatur og vinder i atmosfæren. Noen ganger reflekteres signalene fra 40-50 kilometers nivå (særlig om sommeren), mens det ved andre forhold er lagene omkring 100 kilometer som er av størst betydning for refleksjonen. Ved helt spesielle forhold kan vi også ha refleksjoner fra tropopausen (10-15 km).

Basert på slike erfaringer kan en derfor bruke infralyd-målinger av kjente kilder til å få ny information om den øvre atmosfæren. Fordi ulike frekvenser reflekteres i forskjellig høyde, er samtidige målinger på flere frekvenser mellom 0,1 og 20 Hz av stor verdi.

Fakta om infralyd

Den delen av fysikken som handler om lydbølger, kalles akustikk. Akustiske bølger deles inn i infralyd (mellom 0,003 og 20 Hz), det hørbare området (mellom 20 og 20000 Hz ved normal hørsel) og ultralyd (over 20000 Hz).

Enheten Hz er en forkortelse for Hertz, som betyr svingninger pr. sekund. Harmoniske svingninger på en fast frekvens kalles en tone, men uregelmessige lydsvingninger over flere frekvenser kalles støy.

I stillestående luft ved normalt trykk og temperatur (10°) er lydhastigheten (v) 340 m/s for alle akustiske bølger. Sammenhengen mellom en bølges frekvens (f), målt i Hz, og dens bølgelengde (l), målt i meter, er f x l = v.

Ved å sette inn frekvens-verdiene for infralyd-området finner vi at bølgelengden varierer mellom 17m og 113 km.

Det er på grunn av disse store bølgelengdene-jevnført med vanlig lyd-at infralyden har mange egenskaper som er vesentlig forskjellig fra vanlige lydbølger. Lydhastigheten varierer i takt med kvadratet av temperaturen og med høyden i atmosfæren.

Lydbølger kan utbre seg over store avstander ved refleksjon mellom den øvre atmosfære og jordoverflaten. For hørbar lyd skal kunne forplante seg over store avstander, trengs nesten normalt atmosfære-trykk. Infralyd kan derimot utbre seg i svært tynn luft.

Som kjent avtar luftens tetthet og trykk i en normal atmosfære hurtig med høyden. Det betyr i praksis at lydbølger i det hørbare området aldri kan utbre seg mer enn noen få kilometer. Intensiteten av akustiske bølger avtar med avstanden som 1/r², der r = avstanden fra kilden. I tillegg svekkes bølgene på grunn av absorpsjon. Absorpsjonen er proporsjonal med bølgens frekvens i kvadrat og omvendt proporsjonal med lufttrykket. En lydbølge ved 100 Hz svekkes derfor titusen ganger så mye som en 1 Hz bølge.

Fordi bølgelengden er så stor, kan infralyd spre seg selv om lufttrykket er meget lite. Da frekvensen er svært lav, er absorpsjonen av infralydn meget liten. Dette betyr at infralyd fra kraftige eksplosjoner kan utbre seg Jorden rundt. Etter vulkanutbruddet på St. Helena i mai 1982, ble lavfrekvente lydbølger registret over hele verden.

 

 

 

1