09 · Техника

Как наука ловит инфразвук

Глобальная сеть, антенны из датчиков и хитрые фильтры против ветра.

Библиотека → Как ловят инфразвук

Услышать инфразвук — это не «поставить микрофон». Сигналы слабы, фон огромен, а главный враг — ветер. За десятилетия сложилась стройная технология, и её ядро — международная сеть, созданная для контроля ядерных испытаний.

Сеть, которая слушает всю планету

Организация по Договору о всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний (CTBTO) развернула Международную систему мониторинга (IMS) — десятки инфразвуковых станций по всему миру, работающих непрерывно.1 Именно она поймала Челябинский метеор и волну от Тонга,2 а ещё раньше — инфразвук от суматранского цунами 2004 года.3 Её прямое назначение — ловить ядерные взрывы: инфразвук подземного теста КНДР 2017 года зафиксировала станция за 400 км.6 А по инфразвуку сегодня штатно следят за вулканами по всему миру.7 Для взрывных извержений уже работают штатные инфразвуковые системы раннего предупреждения (Ripepe et al., 2018)12 — например, плотная сейсмо-акустическая сеть, предупредившая о пароксизмальных извержениях Стромболи в 2019 году (Ripepe et al., 2021).13

Микробарометр и антенна

Сердце станции — микробарометр, прибор, который измеряет ничтожные колебания давления (доли паскаля). Один датчик мало что скажет, поэтому их объединяют в антенну-массив: несколько приборов в нескольких сотнях метров друг от друга. Сравнивая, на сколько долей секунды волна приходит на разные датчики, можно вычислить, откуда она пришла и с какой скоростью — а значит, отличить настоящее событие от случайного шума.

Антенна-массив инфразвуковых датчиков на местности
Несколько разнесённых датчиков образуют «антенну», определяющую направление на источник.

Главный враг — ветер

Турбулентность ветра создаёт ложный «шум давления» прямо на датчике. Чтобы его подавить, к каждому прибору подводят розетки из труб (pipe arrays / wind-noise rosettes): они усредняют давление по площади и гасят локальные порывы, оставляя когерентную волну. Это одно из ключевых ноу-хау полевого инфразвука: измерения показывают, что розетка диаметром 18 м снижает ветровой шум на 15–20 дБ.5

Сигнал против метеошума

Ветер — не единственный обман. Проходящий атмосферный фронт даёт когерентное по многим станциям изменение давления — ровно то, что ищет алгоритм, поэтому отличить геофизический инфразвук от метеошума — реальная научная задача. Решают её не «на глаз»: метод корреляции массива PMCC проверяет, согласуются ли задержки между датчиками с единой плоской волной, и отбрасывает несогласованное.8 Большие разборы данных IMS показывают, как на практике различать некогерентный ветровой шум и «паразитные» когерентные сигналы и как считать реальную способность сети к обнаружению.9 Современные массивы всё чаще применяют машинное и глубокое обучение, чтобы категоризировать инфразвуковые сигналы (Bishop et al., 2022).10

Это уже работает в быту
Зачем это HERD

Большая наука доказала принцип на дорогих станциях. Наша задача — перенести те же идеи (массивы, фильтрация ветра, корреляция) на дешёвые узлы и взять числом. Об этом — следующая статья →

Источники к статье

Эти источники входят в общую библиотеку HERD — 272 проверенных источника с поиском по смыслу и фильтрами по темам.

  1. организация CTBTO. Infrasound monitoring (International Monitoring System). ctbto.org
  2. рецензируемое Matoza R.S. et al. (2022). Global seismoacoustic observations of the January 2022 Hunga eruption, Tonga. Science 377. science.org
  3. рецензируемое Le Pichon A. et al. (2005). Infrasound associated with 2004–2005 Sumatra earthquakes and tsunami. GRL 32. agupubs.wiley.com
  4. рецензируемое Marchetti E. et al. (2015). Infrasound array detection and front velocity of snow avalanches. NHESS 15. nhess.copernicus.org
  5. рецензируемое Hedlin M.A.H., Alcoverro B., D'Spain G. (2003). Evaluation of rosette infrasonic noise-reducing spatial filters. J. Acoust. Soc. Am. 114(4). doi.org
  6. рецензируемое Assink J.D., Averbuch G., Shani-Kadmiel S., Smets P., Evers L. (2018). A seismo-acoustic analysis of the 2017 North Korean nuclear test. Seismol. Res. Lett. 89(6). geoscienceworld.org
  7. рецензируемоеобзор Fee D., Matoza R.S. (2013). An overview of volcano infrasound: from Hawaiian to Plinian, local to global. J. Volcanol. Geotherm. Res. 249. doi.org
  8. рецензируемое Cansi Y. (1995). An automatic seismic event processing for detection and location: the PMCC method. GRL 22(9). doi.org
  9. рецензируемое Vergoz J. et al. (2022). IMS infrasound data products for atmospheric studies and civilian applications. Earth Syst. Sci. Data 14. essd.copernicus.org
  10. рецензируемое Bishop J.W. et al. (2022). Deep learning categorization of infrasound array data. JASA 152(4). doi.org
  11. рецензируемое Brissaud Q. et al. (2021). The first detection of an earthquake from a balloon using its acoustic signature. GRL 48. doi.org
  12. рецензируемое Ripepe M. et al. (2018). Infrasonic early warning system for explosive eruptions. JGR Solid Earth 123. doi.org
  13. рецензируемое Ripepe M. et al. (2021). Dense seismo-acoustic network warning of the 2019 paroxysmal Stromboli eruptions. Sci. Rep. 11. doi.org
  14. обзор Christie D.R., Campus P. (2010). The IMS Infrasound Network: Design and Establishment of Infrasound Stations. In: Infrasound Monitoring for Atmospheric Studies (Springer). doi.org
  15. обзор Marty J. (2019). The IMS Infrasound Network: Current Status and Technological Developments. In: Infrasound Monitoring for Atmospheric Studies, 2nd ed. (Springer). doi.org
  16. обзор Brachet N., Brown D., Le Bras R., Cansi Y., Mialle P., Coyne J. (2010). Monitoring the Earth's Atmosphere with the Global IMS Infrasound Network. In: Infrasound Monitoring for Atmospheric Studies (Springer). doi.org
  17. рецензируемое Green D.N., Bowers D. (2010). Estimating the detection capability of the International Monitoring System infrasound network. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 115(D18). doi.org
  18. рецензируемое Le Pichon A., Ceranna L., Vergoz J. (2012). Incorporating numerical modeling into estimates of the detection capability of the IMS infrasound network. Journal of Geophysical Research: Atmospheres 117(D5). doi.org
  19. рецензируемое Le Pichon A. et al. (2015). Incorporating atmospheric uncertainties into estimates of the detection capability of the IMS infrasound network. The Journal of the Acoustical Society of America 137(3). doi.org
  20. рецензируемое Matoza R.S. et al. (2017). Automated detection and cataloging of global explosive volcanism using the International Monitoring System infrasound network. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 122(4). doi.org
  21. рецензируемое Ceranna L., Le Pichon A., Green D.N., Mialle P. (2009). The Buncefield explosion: a benchmark for infrasound analysis across Central Europe. Geophysical Journal International 177(2). doi.org
  22. рецензируемое Ottemoller L., Evers L.G. (2008). Seismo-acoustic analysis of the Buncefield oil depot explosion in the UK, 2005 December 11. Geophysical Journal International 172(3). doi.org
  23. рецензируемое Evers L.G., Siegmund P. (2009). Infrasonic signature of the 2009 major sudden stratospheric warming. Geophysical Research Letters 36(23). doi.org
  24. рецензируемое Bowman D.C., Albert S.A. (2018). Acoustic event location and background noise characterization on a free-flying infrasound sensor network in the stratosphere. Geophysical Journal International 213(3). doi.org
  25. обзор Johnson J.B. (2019). Local Volcano Infrasound Monitoring. In: Infrasound Monitoring for Atmospheric Studies, 2nd ed. (Springer). doi.org
  26. обзор Le Pichon A., Blanc E., Hauchecorne A. (eds.) (2019). Infrasound Monitoring for Atmospheric Studies (2nd ed.). Springer, Cham. doi.org
  27. организация EarthScope Consortium (formerly IRIS) (2024). EarthScope Consortium - seismic and infrasound facilities and open data (SAGE). earthscope.org. earthscope.org
  28. организация EarthScope / IRIS Data Management Center (2024). IRIS DMC (EarthScope) data services - open seismological and infrasound waveform archive. ds.iris.edu. ds.iris.edu
См. также
Дешёвая сеть датчиков
Раннее предупреждение
Кракатау, Тонга, Челябинск
Поделиться: Поделиться X Facebook
Как цитировать · Копировать
HERD (2026). Как ловят инфразвук. HERD — Библиотека инфразвука. https://theherd.network/infrasound/monitoring